氟化钾对锌电池的影响

影响很大。氟化钾是一种无机盐，化学式为KF。为白色结晶粉末，味咸，易吸潮，溶于水，不溶于乙醇。

中文名

氟化钾[2]

外国名字

氟化钾[2]

化学式

KF[2]

分子量

58.097[2]

化学文摘社登记号

7789-23-3[2]

基本信息

化学式:KF

分子量:58.097

卡斯诺。: 7789-23-3

EINECSNo。: 232-151-5

理化性质

物理性质

熔点:858℃

密度:2.48克/立方厘米

沸点:1505℃

折射率:1.363

蒸汽压:25摄氏度时为922毫米汞柱。

外观:白色结晶粉末

溶解度:溶于水、氢氟酸和液氨，不溶于酒精[1]

化学性质

加热到升华温度会分解一点，但熔融的氟化钾更活泼，能腐蚀耐火材料。加合物KF H2O2可以与过氧化氢形成。水合物有两种:KF·2H2O和KF·4H2O。当温度低于40.2℃时，二水物(KF·2H2O)可在水溶液中结晶，为单斜晶系，可溶于465438±0℃的结晶水中。

计算化学数据

疏水参数计算参考值(XlogP):无。

氢键给体的数量:0[2]

氢键受体的数量:1[2]

可旋转化学键的数量:0[2]

互变异构体的数量:0

拓扑分子的极表面积:0[2]

重原子数:2[2]

表面电荷:0[2]

复杂度:2[2]

同位素原子数:0[2]

确定原子立体中心的数目:0[2

剩余的锌电极组分包括氧化锌，以及任选的氧化铋、氧化铝、铟和氟化钾或钙。在这个阶段可以加入更多的锌颗粒。这些剩余的锌电极组分可以是粉末形式。

锌(Zinc)是一种化学元素，化学符号为Zn，原子序数为30，位于化学元素周期表的第4周期，ⅱB族。锌是一种浅灰色的过渡金属，是第四种“普通”金属。在现代工业中，锌是电池制造中不可替代的重要金属。此外，锌还是人体必需的微量元素之一，起着极其重要的作用。

中文名

锌

外国名字

锌

分子量

65.38

化学文摘社登记号

7440-66-6

熔点

419.53 ℃

化学元素控制锌，锌常使其他金属“嫁衣”，也能使人更强壮02:33。

锌[x和n]

元素周期表的第30号元素

这个词条是一个多义词，有***3个义项。

中国？|?本词条由“科普中国”词条编写与应用项目评审。

评审专家？杨刚

中文名

锌

外国名字

锌

分子量

65.38

化学文摘社登记号

7440-66-6

熔点

419.53 ℃

诸如电动工具之类的无线便携式设备的普及增加了对具有高能量密度(也可以提供高功率)的可充电电池的需求和要求。随着功率和能量密度的增加，对具有高循环寿命的可充电电极的需求也在增加。碱性锌电极以其高电压、低当量和低成本而闻名。与充电和放电过程相关的快速电化学动力学使得锌电极能够同时提供高功率和高能量密度。与锌电极相关的低氧化还原电位使得电极在析氢中不稳定。使用锌的一次碱性电池通过将锌与特定元素合金化并使用气体抑制剂来解决这个问题。与锌接触的材料的纯度非常重要，这也限制了锌与任何析氢催化剂的接触。原电池和可充电电池之间的起始材料的差异影响了防腐蚀方法的技术和有效性。锌一次电池在充电状态下制备，而锌二次电池在深度放电状态下制备。在锌原电池中，活性材料是具有100至300微米颗粒的凝胶粉末形式的锌。在锌二次电池中，活性材料是氧化锌(ZnO ),具有少量的锌金属，并且颗粒尺寸在0。2和0。3微米。可充电电池负极中使用的小氧化锌颗粒的尺寸导致表面积是原电池中使用的锌电极中颗粒数量级的两倍。一旦在初次充电后形成，二次电池中的腐蚀速率明显很高。我们继续寻求可充电锌电极成分和生产工艺的改进，以最大限度地减少腐蚀和提高可制造性。

用于可充电锌碱性电化学电池负电极的活性材料由涂有锡和/或铅的锌金属颗粒制成。可以通过向含有锌颗粒、增稠剂和水的混合物中加入铅和锡的盐来包覆锌颗粒。然后，添加剩余的锌电极组分，例如氧化锌(ZnO)、氧化铋(Bi2O3)、分散剂和粘合剂，例如特氟隆。在氧化锌和其他电极成分存在的情况下，可以涂覆金属锌。所得浆料/糊料具有稳定的粘度，并且在锌电极制造过程中易于操作。此外，当电解液中存在钴时，锌电极不易脱气。与常规电池相比，由根据本发明生产的电极制造的电池显示出少得多的氢释放，其减少多达60-80%。因为锌导电基质保持完整，自放电减少，所以循环寿命和储存寿命也提高了。一方面，本发明涉及一种具有锌负极的镍锌电池。电极包括涂有铅、锡或两者的锌粉颗粒，其尺寸小于约65438±000微米，小于约40微米，约25微米或约5-65438±05微米。金属锌颗粒被添加到电极中以在循环中产生和维持导电基质。铅和锡比锌更不活泼，在锌电势下不会放电，并且会保护其包覆的锌颗粒。该电极可以在放电过程中保持良好的连接性。只使用少量的铅和锡。根据不同的实施例，铅可以小于大约0。05%的锌电极活性材料，并且锡可以少于锌电极活性材料的约65438±0%。镍锌电池还包括镍正极。正电极可以包含钴和/或钴化合物，它们可以涂覆在氢氧化镍颗粒上，或者分别以钴金属、氧化钴、氢氧化钴、羟基氧化钴和/或其他钴化合物的形式添加到正电极中。正电极也可以包括未涂覆的氢氧化镍颗粒。本发明的另一方面涉及一种制备用于镍锌电池的锌负极的方法。该方法包括将铅和/或锡涂覆在锌金属颗粒上(优选在浆料中)，使用锌颗粒形成活性材料浆料/糊剂，并将活性材料结合到锌电极中。根据不同的实施方案，将至少一种可溶性锡盐和至少一种可溶性铅盐加入到液体介质(优选水)中的锌金属颗粒中，以包覆锌颗粒。液体介质还可以包括增稠剂(触变剂)和/或粘合剂。锡和铅可以用锌颗粒包覆。锡盐可以是硫酸锡、乙酸锡、氟硼酸锡、氯化锡和硝酸锡中的一种或多种。铅盐可以是醋酸铅、氯化铅、氟硼酸铅或硝酸铅中的一种或多种。涂覆操作可以获得可用于形成活性材料的浆料。在一些实施例中，浆料可以在添加到活性材料之前进行处理。例如，浆料可以被浓缩、加热或洗涤。锌颗粒浆料还可以在溶液中包含一些残留的锡和铅盐。残余的锡和铅盐可以随后用电化学形成的锌涂覆(在电池形成后),以进一步保护锌免受腐蚀。活性材料浆料/糊由锌颗粒浆料形成。将剩余锌电极组分加入浆料中。这些组分可以包括氧化锌、氧化铋、分散剂、粘合剂和液体。也可以包括其他添加剂，例如不溶性腐蚀抑制剂。当添加到浆料中时，这些组分可以是预搅拌粉末的形式，从而形成可在混合后加工的浆料或糊剂。制备负电极的一个方面是浆料和糊料在制备期间的稳定性。浆料/糊料需要在从浆料制备到涂覆在基材上的期间保持稳定，这可能需要4-6小时或更长时间。发现添加微量铅和锡可以稳定浆料/糊料。在一些实施例中，可溶性铅和锡可以分开添加。例如，可以在剩余的锌电极组分之后，将预溶解的锡盐溶液加入到活性材料糊中。铅在膏体中的最高浓度可达0。锡的最高浓度可达1%左右。在60℃下的测试表明，当电池并入锌电极时，在充满电的电池中由锌的腐蚀引起的放气减少了60-80%。较少的除气作用减少了自放电和电池中的压力，从而导致电解液泄漏和可见膨胀的减少。在制备中，将锌颗粒添加到电极中，以在循环中产生和维持电极中的导电基质。所用的金属锌颗粒大于氧化锌颗粒，并且尺寸小于约65438±000微米，或小于40微米。金属锌颗粒的大小可以阻止完全放电以留下完整的内部核心，尽管其金属特性由于绝缘表面氧化物而失去连接性。在锌颗粒表面保持惰性但导电的层，即锡和铅，将有助于保持锌颗粒的完整性。另一方面，本发明涉及制造的锌电极。所述电极包括导电基材层和活性材料层，其中所述活性材料层含有氧化锌、包覆有铅和/或锡的锌颗粒、氧化铋和粘合剂。锌颗粒可以通过本文所述的方法涂覆，或者用特定量的铅和/或锡预涂覆。活性材料中的铅浓度可以至多约为0。05重量%，并且锡浓度可以是至多约1重量%。下面参考附图进一步讨论这些和其他特征和优点。

图1a是适于结合本发明不同实施例的圆柱形电池组电池的分解图。

图1b是适于结合本发明不同实施例的圆柱形电池组电池的横截面图。图2是隔板不同层的剖视图。图3是比较在锌颗粒上有和没有锡和铅涂层的负极活性材料糊的粘度图。图4A是显示铅对锌在碱性溶液中腐蚀速率的影响的柱状图。图4B是显示铅对锌在含钴的碱性溶液中的腐蚀速率的影响的柱状图。图5是显示负极糊料中不同量的锡和铅的腐蚀减少百分比的图。图6A是显示具有铅包覆的锌颗粒的电池和具有未包覆的锌颗粒的对照电池的放电容量的图。图6B是显示具有锡涂覆的锌颗粒的电池和具有未涂覆的锌颗粒的对照电池的放电容量的图。图7是显示具有涂覆有铅和锡的锌颗粒的电池和具有未涂覆锌颗粒的对照电池的放电容量的图。发明详述在制备用于镍-锌电池锌-氧化锌负电极和锌-氧化锌负活性材料的背景下公开了本发明的实施方案。本领域技术人员将理解，本发明的以下详细描述仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。本发明其他实施例可以容易地向本领域技术人员展示本公开的优点..例如，本发明可用于其它可充电电池，如银锌或锌空气电池。在本文中，术语“电池组”和“电池”可互换使用。本发明提供了一种制备用于可充电锌电池的负极的改进方法。本发明使制备过程更加可控。通过本发明获得的可充电电池具有以下一种或多种特性:长储存寿命、长循环寿命、低泄漏和很少或没有膨胀。传统的镍正极包括活性材料中的钴颗粒。钴颗粒以钴金属和/或氧化钴(或有时氢氧化钴或羟基氧化钴)的形式提供。发明人意识到，在电池的形成过程完成之前，溶解的钴可能从正极迁移。迁移可能发生在用电解质填充电池和施加第一次充电之间的时间段内，或者在作为电化学电池形成过程的一部分的第一次充电期间。与糊状正极相比，烧结正极的钴迁移问题较少。钴的来源也影响它是否会溶解在电解液中并迁移到正极。通常，自由添加的钴/钴化合物比涂覆或结合到其它颗粒中的钴更容易迁移，例如构成典型正电极的氢氧化镍颗粒。发明人发现钴可以在负电极上催化负电极中的氢析出。本发明的一个具体特征是削弱钴的这种催化作用。密封的可充电Ni-Zn电池已经被开发用于高功率应用，例如电动工具和混合动力电动车辆。这些电池表现出特殊的高倍率充放电能力，最大功率密度超过2000W/kg。通过加速电池工作和储存期间的氢释放，可溶性钴物质对这种电池的影响是特别有害的。加速析氢会导致多电池单体电池的电池间不平衡，并可能促进枝晶短路的发生，从而导致早期失效。已经开发了碱性电解质来抑制枝晶生长，但是在钴污染存在的情况下，其效果被削弱。Jeffrey Phillips的美国专利公开US2006012771中公开了用于可充电镍-锌电池的高级碱性电解质的例子，该专利在此引入作为参考。

镍锌电池的电化学反应碱性电化学电池中氢氧化镍正极的充电过程受以下反应支配:Ni(OH)2+0γ-Ni00h+H2O+E”(L)碱性电解液在锌电极中作为离子载体，在可充电锌电极中，起始活性材料是ZnO粉末或锌和氧化锌粉末的混合物。ZnO粉末溶解在KOH溶液中形成锌酸盐(Zn(OH)42-)，在充电过程中还原成金属锌。锌电极上的反应可以写成ζη0+20η>；η 20-Zn (OH) wide (2)和Zn (OH) wide+2e-Zn+40f (3)因此，负极处的净电极反应为Zn0+H2O+2e”-ζη+20η>；2θ”(4)因此，镍/锌电池的总反应可表示为

在Zn+2Ni 00h+H2O = Zn0+2Ni(OH)2(5)锌电极放电过程中，锌金属放出电子形成锌酸盐。同时，锌酸盐在KOH溶液中的浓度增加。锌酸盐浓度的增加导致锌酸盐沉淀形成ZnO，如反应103所示。经过多次充放电循环后，锌电极上的这些转化和聚集是电极活性最终丧失的主要因素。先前由w . Jeffrey Phillips manufacturing nickel zinc batteries引用的专利公开US20060207084和美国专利公开US20060127761公开了消除Ni-Zn电池隔板中锌酸盐积聚的技术改进。镍电池和电池组件图1a和1b是根据本发明实施例的圆柱形动力电池的主要组件的示意图，图1a示出了电池的分解图。在圆柱形组件101(也称为“卷绕体”)中提供电极和电解质的交替层。将圆柱形组件或线圈101放置在油箱113或其他容器中。将负极集电板103和正极集电板105连接到圆柱形组件101的两端。负极集电板和正极集电板用作内部端子，负极集电板与负极电连接，正极集电板与正极电连接。盖子109和can 113用作外部端子。在所描述的实施例中，负集电器103包括用于将负集电器103连接到盖109的接头107。正极集电板105被焊接或以其他方式电连接到箱体113。在其他实施例中，负极集电板连接到箱体，正极集电板连接到盖体。正集电器103和负集电器105显示为具有穿孔，其可用于促进与卷绕体的结合和/或电解质从电池的一部分到另一部分的通过。在其他实施例中，盘可以使用凹槽(径向或圆周)、沟槽或其他结构来促进结合和/或电解质分布。柔性垫圈111放置在环绕珠缘115上，环绕珠缘115沿着罐113的上部的外围设置并邻近盖子109。垫圈111用于将水箱113与盖子109电绝缘。在一些实施例中，珠子115(垫圈111位于其上)涂有聚合物涂层。垫圈可以由将盖子与箱体电绝缘的任何材料制成。优选地，该材料在高温下不会显著变形；一种这样的材料是尼龙。在其他实施例中，可能希望使用相对疏水的材料来降低导致碱性电解质蠕变并最终在接缝或其他可用出口位置从电池中泄漏的驱动力。低润湿性材料的一个例子是聚丙烯。在罐或其它容器充满电解液后，密封容器以将电极和电解与环境隔离。

6质量，如图1b所示。垫圈通常通过卷边密封。在一些实施例中，密封剂用于防止泄漏。合适密封剂的例子包括购自Cognis ofCincinnati OH的浙江绿色密封剂、tar和VERSAMID。在一些实施例中，电池被配置成在电解质“贫”状态下运行。此外，在一些实施例中，本发明的镍锌电池使用贫电解质形式。相对于活性电极材料的量，这种电池具有相对低量的电解质。它们可以容易地与在电池内部区域具有自由液体电解质的富液电池相区别。如美国专利申请号在2005年4月26日提交的美国专利US2006-0240317A1中，出于各种原因，可能需要在贫液条件下操作电池，该专利以引用方式并入本文。贫电池通常被理解为电池的电极堆中的电池总空隙体积没有被电解质完全占据。在典型的实施例中，电解质填充后的贫电池的空隙体积可以是填充前总空隙体积的至少约10%。本发明的电池组电池可以具有各种不同的形状和尺寸。例如，本发明的圆柱形电池可以具有传统AAA电池、M电池、A电池、C电池等的直径和长度。在某些应用中，定制的电池设计是合适的。在一个具体实施例中，电池的尺寸是直径为22mm、长度为43 mm的亚C型..请注意，本发明也可以应用于相对较小的棱柱形电池，以及用于各种非便携式应用的各种较大电池尺寸。通常用于例如电动工具或草坪工具的电池组的形状将决定电池组的尺寸和形状。本发明还涉及一种蓄电池，其包括一个或多个本发明的镍-锌蓄电池单元和合适的外壳、触点和导线，以允许在电气设备中充电和放电。注意，图1a和1b所示的实施例具有与传统镍镉电池相反的极性，因为盖是负极，而罐是正极。在传统的动力电池中，电池的极性是这样的，盖是正极，罐或容器是负极。也就是说，电池组的正电极与盖电连接，电池组的负电极与包含电池组的罐电连接。在本发明的一些实施例中，包括图1a和1b所示的实施例，电池的极性与传统电池的极性相反。因此，负电极与盖电连接，正电极与槽电连接。应该理解，在本发明的一些实施例中，极性保持与传统设计相同，即，它具有正极盖。罐体可以是用作最终电池的外壳或外罩的容器。在传统电池中，罐是负极端子，这是典型的镀镍钢。正如所指出的，该槽可以是负极端子或正极端子。在罐为负极的实施例中，罐材料可以具有类似于用于传统镍镉电池的成分，例如钢，只要该材料涂覆有与锌电极的电势兼容的另一种材料。例如，负极罐可以涂有诸如铜的材料以防止腐蚀。在罐体为正极而盖体为负极的实施例中，罐体可以具有类似于传统镍镉电池中使用的成分，通常为镀镍钢。在一些实施例中，罐的内部可以涂覆有促进氢复合的材料。可以使用任何催化氢复合的材料。这种材料的一个例子是氧化银。虽然电池通常与环境密封隔离，但是排气盖可以允许电池排出在电池充电和放电期间产生的气体。典型的镍镉电池的排气压力约为200磅每平方英寸(PSI)。在一些实施例中，镍锌电池被设计成在该压力或甚至更高的压力(例如，高达约300PSI)下工作而不排气。这可以促进电池中产生的任何氧和氢的再结合。在一些实施例中，电池被构造成保持高达约450 PSI或甚至高达约600PSI的内部压力。在其他实施例中，镍锌电池被设计成在相对较低的压力下排出气体。当设计促进电池中氢气和/或氧气的受控释放而不发生复合时，这可能是合适的。通风盖和托盘以及支撑基板本身的结构的一些细节可以在以下专利申请中找到，这些专利申请通过引用结合于此，用于所有目的:2006年4月25日提交的PCT/US2006/015807和2004年8月17日提交的PCT/US2004/026859(公开wo 2005/09电极和隔板结构)。图2示出了负电极-隔板-正电极夹层中的层隔板205将负电极(部分206和203)与正电极(部分207和209)机械地和电气地分开，同时允许离子电流在电极之间流动。负电极包括电化学活性层206和电极基底203。锌负电极的电化学活性层通常包括氧化锌和/或锌金属作为电化学活性材料。层201还可以包括其他添加剂或电化学活性化合物，例如锌酸钙、氧化铋、氧化铝、氧化铟、羟乙基纤维素和分散剂。下面将详细描述根据具体实施方案的锌负极组合物。负电极基底203应该与负电极材料201电化学相容。

施加巨大的影响

氟化钾能和锌发生化学反应，反应比较强烈。