碱锰电池正极材料用膨胀石墨包覆二氧化锰的复合化研究

机械干式冲击复合法是提高和改善颗粒复合化的有效手段之一。与传统混合工艺对比,通过PCS(机械干式冲击复合法之一)进行包覆,可使膨胀石墨微粉粒子粘附或嵌入二氧化锰粒子表面,使两者的分散更均匀。由于影响膨胀石墨/γ-MnO2复合粉体的电性能因素众多,其中除了原料的电导率和颗粒粒径之外,包覆粒子在基体间的分散和包覆状况、锰环的孔隙率也是很重要的两方面。因此,若能实现包覆率和孔隙率的最优化,则有利于膨胀石墨/γ-MnO2复合粉体包覆工艺的深入研究,对改善碱锰电池正极材料的电性能也有积极的作用。本文结合大量的实验研究和定量分析,通过性能表征和相关实验的研究,取得了的相应的成果。研究结果表明:(1)膨胀石墨的粒径分布较窄,平均粒径也较小,分散效果较佳,比微晶石墨更适用于电解二氧化锰的包覆。(2)随着PCS转速和处理时间的增大,颗粒受到的冲击能越大,颗粒越密实,混合粉体的包覆效果越好,但锰环的孔隙率也随之下降,不利于电化学反应的进行。转速较高(≥1500rpm)或较低(600rpm)时,电池的开压和放电次数均偏低,内阻偏大;当处理时间为8min时,复合粉体包覆不够均匀;为12min时,复合粉体内细小颗粒发生团聚。当转速为1000rpm,处理时间为10min时,其开压和放电次数达最大。(3)过量的硬脂酸锌会增大复合粉体的内阻,过少的硬脂酸锌不利于锰环的脱模,最佳的硬脂酸锌与锰粉的配比为0.5:100。经预热的混合粉体,由于硬脂酸锌的融化,使颗粒间易发生吸附团聚现象,从而降低粉体流动性,不利于膨胀石墨的分散。(4)锰粉与膨胀石墨的配比为100:7时,电池的放电性能最佳,增加或减小此配比,均会降低其放电能力。综上可知,当PCS转子转速为1000rpm,处理时间为10min,二氧化锰、膨胀石墨和硬脂酸锌的质量分数比为100:7:0.5(4#-1)时,混合粉体的复合率和孔隙率的组合较优,电性能也较佳。其开压和放电次数比A电池公司生产的电池分别提高了3.79%(0.06V)和29.3%(29次),内阻减小了18.3%(11.8?)。