CN101075669A - 锌空气电池正极的成型涂片装置及该正极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锌空气电池正极的涂片成型装置及用该装置制备正极的方法，所述的涂片装置包括控制装置、传送装置和辊压机，控制装置中浆料流出的速度由出料口的大小控制，当传送装置带动电池正极用的泡沫镍移动到控制装置浆料流出的位置时，控制装置中的浆料通过出料口流出并均匀涂布到泡沫镍上，辊压机可对涂布完的泡沫镍辊压成型；采用上述的涂片成型装置制备锌空气电池的正极，能均匀涂片，空气电极性能好。该方法简化了生产工艺，大大提高了生产效率，适应锌空气电池的大规模生产，并且这种方法制备的空气电极适应性强，可广泛应用于圆柱型和方形锌空气电池的生产。

Description

锌空气电池正极的成型涂片装置及该正极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锌空气电池的成型涂片装置及制备方法，尤其是涉及锌空气电池正极成型涂片装置及该正极的制备方法。
背景技术
锌空气电池，以空气中的氧气作为正极活性物质，锌作为负极活性物质的电池，锌空气电池的主要特点是比能量高、工作电压平稳、性能稳定、原材料丰富、价格低廉和无环境污染等优点，目前锌空气电池的空气电极常用的制备方法有两种：一是先分别将防水透气层料浆和催化层料浆在辊压机上上经过反复辊压纤维化后，分别形成片状物，然后再和集流体压在一起，这种方法在制备催化层和防水透气层薄片时比较复杂，并且制备工艺可操作性差，薄片易破裂，不易大规模生产，如中国专利01107406.X；二是将催化层和防水透气层配成糊状物，然后涂在泡沫镍上，后烘干而成，这种方法采用纯手工操作，很难制备涂布均匀的空气电极，放电容量低，并且生产效率不高，不利于大规模生产，如《电池》-2004年4月，电池Vol.34，No2，87～89，黄伟国等，锌空电池氧还原电极催化剂的研究。
发明内容
本明所要解决的技术问题是克服现有技术中涂片不均匀、手工操作工艺不稳定的缺点，提供一种涂片均匀并适于大规模生产电池的锌空气电池正极的成型涂片装置。
本发明还提供一种利用上述装置均匀涂片成型的锌空气电池正极的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种锌空气电池正极的成型涂片装置，该装置包括：
一控制装置，该装置盛装涂布的浆料并控制涂片浆料的流出；
一传送装置，该传送装置对应控制装置的浆料流出位置，并带动需涂布的泡沫镍移动；
一辊压机，对涂布完的泡沫镍辊压成型。
所述的控制装置包括料斗和出料口，料斗可盛涂片用的浆料，出料口位于料斗的下端并可调节浆料流出的速度。
所述的涂片浆料的流出速度是通过调节出料口的大小控制。
所述的辊压机两辊间的距离为可调设计，调节两辊的距离可控制电极的厚度。
本发明还提供一种锌空气电池正极的制备方法，包括混料、涂片成型、烧结和裁片，其特征在于：涂片成型步骤包括当载于传送装置上的泡沫镍移动到控制装置的下方时，涂片浆料自控制装置的出料口流出并涂布在泡沫镍上的步骤。
所述的涂片成型是先在一侧涂防水透气层，烘干后，翻转泡沫镍，再在另一侧涂催化层。
所述的混料是采用球磨机混料的方法，将固体浆料混合均匀，加入聚四氟乙烯PTFE和去离子水后，用超声波分散均匀。
所述的混料是采用球磨机混料的方法，将固体浆料混合均匀，加入聚四氟乙烯PTFE和无水乙醇后，用搅拌器分散均匀。
所述的锌空气电池正极是圆柱形锌空气电池和方形锌空气电池的正极。
本发明所述的锌空气电池的成型涂片装置，该装置结构简单，便于操作，本发明的制备方法是通过所述的控制装置控制涂片浆料流出的速度，当传送装置载着泡沫镍匀速移动到控制装置的下方时，控制装置中的浆料可均匀地涂到泡沫镍上，采用这种方法克服了现有技术中涂片不均匀的缺点，同时简化了生产工艺，大大提高了生产效率，从而为锌空气电池的大规模生产提供了条件，并且这种方法简单易行，制备的空气电极适应性强，可广泛应用于圆柱型和方形锌空气电池的生产。
本发明通过涂片装置先涂防水透气层再涂催化层，是由于泡沫镍是一种多孔结构，易依附其他物质，当防水透气层先涂时，防水透气层料浆就会先进入泡沫镍内部，占据大部分孔隙，这样可以提高防水透气层的防水效果，催化层仅仅在电池表面起催化作用，不进入泡沫镍内部，对电极的性能没有影响。
附图说明
图1是本发明的锌空气电池正极的制备工艺流程示意图；
图2是本发明空气电极制备中所用的涂片机示意图。
具体实施例
实施例1
如图2所示，本发明所述的一种锌空气电池正极的涂片装置，包括控制装置4、传送装置2和辊压机3，控制装置包括料斗和出料口，料斗中盛有涂片用的浆料5，浆料5流出的速度由出料口的大小控制，当传送装置带动电池正极用的泡沫镍1移动到控制装置4浆料流出的位置时，控制装置4中的浆料通过出料口流出并均匀涂布到泡沫镍上，传送装置2带动涂布后的泡沫镍继续移动，通过辊压机3的两辊辊压后成型，电池正极的厚度是通过两辊间的距离来调节。
实施例2
1、空气电极料浆的制备：
(1)防水透气层料浆的制备
将质量比为1∶1∶1的活性炭、乙炔黑和无水硫酸钠加入到球磨机球磨30分钟，使其混合均匀，加入去离子水，与固体总的质量比为5∶1，然后加入浓度为60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固体的质量占料浆中固体总质量的25％，用玻璃棒搅拌均匀后，放入超声波发生器中超声5分钟，使其分散均匀。
(2)催化层料浆的制备
将质量比为3∶2∶2∶1.5的催化剂，催化剂可为MnO2或MnO2-Co、活性炭、乙炔黑、无水硫酸钠加入到球磨机中球磨30分钟，加入去离子水，去离子水的质量为固体总质量的5倍，搅拌均匀后加入浓度为60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固体的质量占料浆中固体总质量的15％，用玻璃棒搅拌均匀后，放入超声波发生器中超声5分钟。
2、将上述制得的锌空气正极浆料在涂片装置上涂片成型并制得锌空气电池的正极，制备工艺流程见图1。
首先调节所述控制装置4下方出料口的大小和根据所需电极厚度来调节辊压机3两辊间的距离，再将上述制得的防水透气层浆料5装入控制装置4中，传送装置2载着电池正极的泡沫镍1匀速移动，浆料5从控制装置4以均匀地流出，当泡沫镍匀速动到控制装置4下方时，控制装置中的浆料5均匀地涂到泡沫镍1上，泡沫镍1继续向前匀速移动，进入辊压机3，在辊压机3两辊的辊压下，得到厚度确定的一侧电极，在150℃烘干，翻转泡沫镍，将浆料换为催化层料浆，再用上述方法涂泡沫镍的另一侧电极，将涂好片的电极在350℃的温度下烧结，再根据需要，将空气电极裁成需要的尺寸。
实施例3
1、空气电极料浆的制备
(1)防水透气层料浆的制备
将质量比为1∶3∶1.5的活性炭、乙炔黑和无水硫酸钠加入到球磨机内球磨30分钟，混合均匀。加入无水乙醇，90℃加热，并用磁力搅拌器搅拌，边搅拌边加入浓度为60％的PTFE乳液，其中PTFE乳液中固体的质量占料浆中固体总质量的45％，继续加入乙醇，用磁力搅拌器搅拌15分钟。
(2)催化层料浆的制备
将质量比为2∶3∶1∶1的催化剂，催化剂为自制的LiMn1.5Co0.5O4、活性炭、乙炔黑、无水硫酸钠，球磨机中球磨30分钟，加入无水乙醇，于磁力搅拌器上搅拌，边搅拌边加入浓度为60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固体的质量占料浆中固体总质量的20％。
2、涂片成型及制备锌空气电池正极所述装置与方法步骤与实施例1相同
实施例4
采用实施1所述的涂片装置及用该装置制备的锌空气电池正极用于制备了圆柱型锌空气电池，并用BS9300测试仪检测了电池的性能。
采用SC型电池的钢壳，外部打16个直径为0.6mm的孔，以保证空气的进入，隔膜采用聚乙烯辐射接枝膜，负极采用合金锌粉、粘结剂、缓释剂、碱液等配成锌膏，将空气电极裁成3.5×6.5cm2的片，卷好放入钢壳内，点焊，使空气电极与外壳接触好；然后将负极锌膏放入到卷成筒的隔膜内，在盖帽上焊一根集流体钢带，然后将盖帽上套上密封圈，与钢壳密封，绝缘，该方法制备的锌空气电池，放电容量可达6200mAh，放电平台可达1.2V。
实施例5
采用实施2所述的涂片装置及用该装置制备的锌空气电池正极用于制备了方型锌空气电池，并用BS9300测试仪检测了电池的性能。
将空气电极裁成4×7cm2的片，制备方形锌-空气电池，负极采用铜带作为集流体，点钢带作为极耳，将合金锌粉、粘结剂、缓释剂、碱液等配成锌膏涂到铜带上，外包袋式隔膜，正负极叠加即得方形电池，并采用叠片式结构制备了方形电池组，外壳采用铅酸电池外壳，外部打孔，正负极极耳从顶盖处引出，制备的方形锌空气电池组放电平台可达3.6V，放电容量4000mAh。

Claims (9)

1、一种锌空气电池正极的成型涂片装置，其特征在于：包括：
一控制装置，该装置盛装涂布的浆料并控制涂布的浆料的流出；
一传送装置，该传送装置对应控制装置的浆料流出位置，并带动需涂布的泡沫镍移动；
一辊压机，对涂布完的泡沫镍辊压成型。
2、根据权利要求1所述的成型涂片装置，其特征在于：所述的控制装置包括料斗和出料口，料斗可盛涂片用的浆料，出料口位于料斗的下端并可调节浆料流出的速度。
3、根据权利要求2所述的成型涂片装置，其特征在于：所述的涂片浆料的流出速度是通过调节出料口的大小控制。
4、根据权利要求3所述的成型涂片装置，其特征在于：所述的辊压机两辊间的距离为可调设计，调节两辊的距离可控制电极的厚度。
5、一种锌空气电池正极的制备方法，包括混料、涂片成型、烧结和裁片，其特征在于：涂片成型步骤包括当载于传送装置上的泡沫镍移动到控制装置的下方时，涂片浆料自控制装置的出料口流出并涂布在泡沫镍上的步骤。
6、根据权利要求5所述的锌空气电池正极的制备方法，其特征在于：所述的涂片成型是先在一侧涂防水透气层，烘干后，翻转泡沫镍，再在另一侧涂催化层。
7、根据权利要求6所述的锌空气电池正极的制备方法，其特征在于：所述的混料是采用球磨机混料的方法，将固体浆料混合均匀，加入PTFE和去离子水后，用超声波分散均匀。
8、根据权利要求6所述的锌空气电池正极的制备方法，其特征在于：所述的混料是采用球磨机混料的方法，将固体浆料混合均匀，加入PTFE和无水乙醇后，用搅拌器分散均匀。
9、根据权利要求5-8中任一的锌空气电池正极的制备方法，其特征在于：所述的锌空气电池正极的制备方法是可用于圆柱形锌空气电池和方形锌空气电池正极的制备方法。
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