一种碱锰电池锌负极用缓蚀剂的制作方法

1.本发明涉及一种缓蚀剂，尤其是一种碱锰电池锌负极用缓蚀剂。


背景技术：

2.电动产品、电子产品等的种类和数量高速发展，例如：电动汽车、电动摩托车、电动牙刷、手机、充电宝等，其中，电动交通工具的使用寿命取决于其池；智能手机的屏幕较大，耗电量大，经常有一天多次充电烦恼，出行不便。随着环保要求严格，环保又有高储放电性能的电池成为热点研究方向。碱锰电池的具有优良的电性能，具有较大发展潜能，其负极一般采用价格低廉，导电性能较好的锌，但锌在充放电过程中容易被腐蚀，因此，需要添加缓蚀剂，阻止锌被腐蚀。
3.目前，碱性电池锌负极缓蚀剂主要为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂或复合缓蚀剂，使用的无机缓蚀剂主要有ca(oh)2、in(oh)3和金属氧化物pbo、bi2o3、cdo、ga2o3和t2o3等，但无机缓蚀剂均未达到理想效果；有机缓蚀通常为含有o、n、s、p等杂原子的有机化合物，其缓蚀能力优于无机缓蚀剂，对于复合缓蚀剂，中国专利cn 102709608 a公开了用于碱性电池锌电极的代汞缓蚀剂，该缓蚀剂由无机缓蚀剂和有机缓蚀剂进行复配而成，实施例中提到复合缓蚀剂的配方为：150ppm的十二烷基苯磺酸钠和5ppm的吐温20组成的有机缓蚀剂和600ppm in(oh)3和na2sno3组成的无机缓蚀剂，该无机缓蚀剂中铟的价格高，使电池的成本较高；中国专利cn 102424974 a公开了一种金属锌电机的无机有机复合缓蚀剂，其中无机缓蚀剂为可溶性的碳族元素酸根盐(碳酸钠、碳酸钾、硅酸钠、硅酸钾、锡酸钠、锡酸钾)，有机缓蚀剂为聚氧乙烯类有机物(聚乙二醇、聚氧乙烯、吐温
‑
20、吐温
‑
60、吐温
‑
80、辛基苯基聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯月桂醚)，该无机缓蚀剂和有机缓蚀剂各起作用，并且这些无机缓蚀的缓蚀效果差。


技术实现要素：

4.为解决上述缓蚀剂缓蚀效果不佳的技术问题，本发明公开一种能协同作用的复合缓蚀剂，对碱性环境下锌负极起协同保护作用，有效减低锌负极的腐蚀，提高电池的性能和使用寿命。
5.本发明通过一下技术方案实现：一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂、有机缓蚀剂，其特征在于，所述无机缓蚀剂为稀有金属盐，其用量占锌粉的比重为100
‑
300ppm；所述有机缓蚀剂为喹啉类化合物；其用量占锌粉比重的100
‑
800ppm。
6.所述无机缓蚀剂主要是通过置换反应在锌的表面覆盖一层析氢过电位高的金属，从而将发生在锌表面的析氢反应移植到析氢过电位高的金属表面，达到抑制析氢反应和实现抑制锌腐蚀的目的。
7.所述有机缓蚀剂为杂环化合物，杂环类锌缓蚀剂分子通常含有o、n、s、p等杂原子及π电子体系，能与锌离子生成配位键，在锌表面形成络合物，起缓蚀作用，络合物越稳定，缓蚀效率越高。8
‑
hq可以与zn
2
离子相互作用，在锌粉表面上形成8
‑
羟基喹啉
‑
zn(oh)
42
‑
络
合物。该复合膜可延缓氢的释放速率并抑制zn的自腐蚀。
8.进一步地，所述稀土金属盐为硝酸铈、硫酸铈、柠檬酸铈、酒石酸铈中的一种，所述铈离子对锌腐蚀的抑制作用原理是形成氧化铈/氢氧化物如ce(oh)3，ce(oh)4，ce2o3和ceo而阻碍了阴极氧还原反应。
9.ce
3
3oh
‑
→
ce(oh)310.2ce(oh)3→
ce2o3 3h2o
11.ce(oh)3 1/4o2 1/2h2o
→
ce(oh)412.ce(oh)4→
ceo2 2h2o
13.进一步地，所述喹啉类化合物为6
‑
羟基
‑2‑
甲基喹啉、8
‑
羟基异喹啉、8
‑
羟基喹啉、6
‑
羟基喹啉中的一种或多种，所述8
‑
羟基异喹啉与zn
2
离子相互作用，在锌粉表面上形成8
‑
羟基喹啉
‑
zn(oh)
42
‑
络合物。该复合膜可延缓氢的释放速率并抑制zn的自腐蚀。
14.进一步地，所述复合缓蚀剂中无机缓铈剂与有机缓蚀剂的质量比为1∶1
‑
3。
15.上述有机缓蚀剂和无机缓蚀剂组合使用时，能发生协同效应，即有机缓蚀剂和无机缓蚀剂能彼此改善对方的缓蚀性能，无机缓蚀剂可以提高有机缓蚀剂在锌表面的附性能和亲水基及疏水基的有效排列，而有机缓蚀剂则可以提高无机缓蚀剂与锌之间的结合性能。例如8
‑
羟基异喹啉/铈盐同时添加剂时，8
‑
羟基异喹啉吸附到zn表面，使得zn层稳定减少自放电，形成一个良好的保护膜，当通过较大电流时，铈离子反应减少了zn(oh)
42
‑
大量产生，使得反应更加温和，同时0h得到一定补充，减少极化，因此增强的表面膜对锌粉具有很强的防腐作用。
16.本发明的有益效果为：
17.有机缓蚀剂和无机缓蚀剂组合使用产生协同效应，无机缓蚀剂提高了有机缓蚀剂在锌表面的附性能和亲水基及疏水基的有效排列，有机缓蚀剂提高了无机缓蚀剂与锌之间的结合性能，使锌表面形成稳定地保护层，抑制锌在碱性电解液中地腐蚀。
具体实施例
18.本发明采用电化学方法测定缓蚀剂的缓释效率，金属锌在碱性溶液中的腐蚀速度，用腐蚀电流表示，则缓蚀效率η表达式如下：
19.η＝(i0－i1)/i0×
100％
20.实施例1
21.一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂为硝酸铈，其用量占锌粉比重的120ppm；有机缓蚀剂为8
‑
羟基喹啉，其用量占锌粉比重的300ppm，测试在金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为96％。
22.实施例2
23.一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂为有机缓蚀剂为硝酸铈，其用量占锌粉比重的280ppm；有机缓蚀剂为8
‑
羟基喹啉，其用量占锌粉比重的600ppm，测试在金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为98％。
24.实施例3
25.一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂为柠檬酸铈，其用量占锌粉比重的200ppm；有机缓蚀剂为6
‑
羟基喹啉，其用量占锌粉比重的
560ppm，测试在金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为93％。
26.实施例4
27.一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂为硫酸铈，其用量占锌粉比重的220ppm；有机缓蚀剂为6
‑
羟基
‑2‑
甲基喹啉、，其用量占锌粉比重的500ppm，测试在金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为88％。
28.实施例5
29.一种碱锰电池锌负极用复合缓蚀剂，包括无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂为有机缓蚀剂为酒石酸铈，其用量占锌粉比重的200ppm；有机缓蚀剂为8
‑
羟基异喹啉，其用量占锌粉比重的480ppm，测试在金属锌电极在碱性溶液中的缓蚀效率为91％。