CN101465440B - 物理可再充电碱性锌锰蓄电池 - Google Patents

物理可再充电碱性锌锰蓄电池 Download PDF

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物理可再充电碱性锌锰蓄电池，一种物理可还原的再充电碱性锌锰蓄电池，具有高能量和重量体积能量密度比，如同镍镉，镍氢，锂电池等可充电电池般反复循环充电使用。该蓄电池的阴极和阳极均采用金属铁网薄片，电镀以铟或银后作为蓄电池正负极骨架，并在两电极上配以铟，铋酸钠，氢氧化锂，铈和钛等元素以填充料形式涂覆固化在组合元素或合金，或将其沉积在锌极表面，在这些物质的作用下，从而使正极电极增大了可逆性，提高了放电性能和放电深度。该电池属水系电解液，溶质氢氧化钾，也可以是氢氧化钾和氧化锌溶液.隔膜为接枝聚乙烯，接枝聚丙烯和V10无纺布复合材料，内阻小，制成的蓄电池适合中高倍率的放电，该申请对象是可以制成圆柱形，方形和巨型的蓄电池。

Description

物理可再充电碱性锌锰蓄电池
一、物理可再充电碱性锌锰蓄电池的背景技术论证 
1、技术发展状况 
可再充碱性锌锰1.5V蓄电池，英文：RechargeableAlkaline Manganese，是一个具有经济与实用价值的电池新品种。可充碱锰电池在六十年代曾一度发展到准商品化的程度，但由于技术与条件不成熟因而停滞不前。对于碱锰可充电电池的发展上，国内外有着不同的看法，成文发布者少，口头议论众说纷纭者多。随着社会和技术的发展，创建一个节约化的社会，节约就是创造，如果每只二次碱锰可充电池可相当于一次电池的数十只上百只，可大量节约锰矿资源和能源的消耗，将明显缓解电池对环境污染的压力和满足太阳能，风能及电动车的发展需求，其中的社会效益和经济效益显而易见。 
我们主要根据下列参数研制和生产该蓄电池： 
●电极反应的可逆性； 
●能量传递的可逆性一一传输功率的大小； 
●循环寿命； 
●机械和化学的稳定性； 
●自放电； 
●过充性能； 
●充电时间和充电方法； 
●电池倒相； 
●放电曲线形状； 
●工作温度范围； 
●价格。 
这些参数存在着相互依赖依存的关系，我们生产的电池是上述参数的最佳组合。 
2、物理可再充电碱性锌锰蓄电池基本原理 
我们主要采用金属网电镀添加剂的超导固化技术使二氧化锰改性以适用于可充电电池。近十年来二次电池中最使人激动的发展之一是能够充电的碱性锌——二氧化锰电极的充分再充工艺，这是一个多世纪来的梦想，二次锌锰电池采用一种氧化一还原中介电化学的过程，包括少量无毒X添加剂，此物可使活性物质中的材料在完全释放二个电子之后完全再充。此系统具有一平坦的放电曲线，在标准的C型电池中可得6Ah，在圆筒形AA电池中得到2.5Ah，同样在方形巨形电池中能得到同样的效果。 
3、物理可再充电碱性锌锰蓄电池核心技术 
近年来我们在突破早期锌电极寿命变形的限制方面取得了很大的技术进步，加大了锌，KOH溶质降低抑制了锌的溶解度，在此条件下，合适大小的锌电极可循环1000次，改性固化后二氧化锰正极在实验室条件下可给出2000次循环，由此，该蓄电池的二个电极已满足市场的要求。 
第二个技术发展是改进了隔膜以阻塞某些微溶反应物穿透，这样明显增加整个电池的寿命。 
第三个技术发展主要是对物理可再充电碱性锌锰蓄电池的可逆性研究和实践。在碱性Zn/MnO2电池中，Zn电极的可逆性已在其他电池中得到了实践证明，可逆性是没有问题的。问题在MnO2在碱性二次电池的可逆性，MnOOH在放电时有Mn3O4的形成，而Mn(OH)2充电时又有一部分氧化成Mn3O4，产生的Mn3O4既不能被还原，又不能被氧化，它在充放电的积累一方面消耗活性物质，一方面增大电池内阻，故首先要解决MnO2电极可逆性的问题，根据当前条件设备我们采用电化学固化改性法使MnO2改性。其反应机理为：    正极    X-MnO2←→Y-MnOOH
            负极    Zn+2OH-←→Zn(OH)2+2e 
    电池的反应式    Zn+X--MnO2←→Zn(OH)2+Y-MnOOH 
第四个技术发展是设计专用充电器的与该蓄电池配套。有人说电池不是用坏的而是充坏的，这一说法无不有道理。一个好的蓄电池，要获得很好的充电效果，充电器的开发生产也是一个关键，在这一方面我们摒弃了照搬其他电池系列充电器的线路，只改参数的方法，根据物理可再充电的碱性锌锰蓄电池的自身充电特性，设计具有独到充电效果的充电器芯片，使充电器和蓄电池的使用更为安全可靠。 
4、物理可再充电碱性锌锰蓄电池的工艺流程 
请见附图2 
 5、物理可再充电碱性锌锰蓄电池的主要技术特点 
●  循环寿命的提高(500次)； 
●  增强的耐过充放能力的； 
●  短路电流增大(15A)以上。 
●物理可再充电碱性锌锰蓄电池(1.5V)现有品种规格： 
二、物理可再充电碱性锌锰蓄电池的市场前景论证 
九十年代在世界范围内发展起来的新一代高能量二次电源-锂电池技术以其自身的显著特性迅速地得到了应用方面的发展。据美国《未来学家》杂志报道“今后十年世界的十项重大技术将是……”其中第三条就是高密度能源，今后人类将开发出便携的廉价能源，如高能电池或其他燃料源，这方面的技术革新将带动电动汽车的发展。” 
我们开发出的物理可再充电碱性锌锰蓄电池属可充二次电池，其突出特点是： 
●  1.5V，高能量，比同型号的镍镉电池Ni-Cd容量高得多； 
●  内阻小； 
●  能高倍率放电； 
●  无记忆效应； 
●  无污染，属绿色环保产品； 
●  使用寿命长； 
●  生产容易，具有安全性； 
●  应用范围极广，其主要用途如：交通运输、通讯及办公自动化、电动工具、军事领域、计算器具、报警系统、家用电器、变电站调节装置、电梯等多种应急电源以及UPS、EPS、摄影摄像器材，LED灯，太阳能风能及电动车等。 
该项目应用高科技技术生产，采用无污染原材料，制造和使用都对环境无不良影响，无废气废水，属绿色产品，是现代社会对今后产品开发使用的方向。符合人与自然的友好发展。国际市场急需此种1.5V的二次电池，是当前世界电池独有的缺口产品，投资前景十分看好。 
一种物理化学可还原可再充电的碱性锌锰蓄电池，包含有阴极锌，阳极二氧化锰均采用金属铁网薄片电镀后涂覆上活性物质，通过化成活化而成的蓄电池正负极板。阴阳两极的分隔隔膜为接枝聚乙烯膜，接枝聚丙烯和V10无纺布复合而成的，不能透过锌枝晶的低内阻隔膜，电解液是含水氢氧化钾电解液。 
三.发明内容
其中阴极主要成分是锌，阳极主要成分是二氧化锰和碳，并含有铟，铋酸钠，氢氧化锂，铈和钛所组成的元素，或者将其沉积在锌的表面上。 
本蓄电池发明的特征是：该蓄电池阴极和阳极均采用最廉价易得的金属铁网薄片镀以铟或银的薄片结构制造的阴极和阳极的骨架，涂覆上活性物质化成活化而成的正负极板，通过卷绕或叠片后成型的圆柱，方形，巨型的物理可还原的能再充电碱性锌锰蓄电池，具有制造和取材容易，成本低，使用循环寿命长和环保安全。 
附图1是物理可再充电碱性锌锰蓄电池结构图： 
四.附图说明
1.正极  2.垫圈  3.密封圈  4.外壳  5.负极电体 
6.防爆阀  7.封口板  8.隔膜  9.正极板  10.负极板 
附图2是物理可再充碱性锌锰蓄电池的工艺流程图 
五.物理可再充电碱性锌锰蓄电池项目实施计划 
这项目所采用的技术工艺，在世界尚处于刚开始研制的阶段，但是我们已经在进行大批量生产，且采用了自己研制的新材料供生产该电池使用，特别是在电池隔膜的应用上。这一战略的实施不易被外界所掌握，也不易被刮窃。所以该技术的成熟性，先进性，以及保密性都是超前的，具有很强的生命力。 
物理可再充电碱性锌锰蓄电池的专用隔膜适合于银锌电池、锌镍电池、电容电池、锂镍电池和物理可再充电碱性锌锰蓄电池等系列电池的使用。这种电池隔膜要求在一次碱性电池的由微旦维尼龙、人造棉和粘胶纤维等材料制成的隔膜复合层上压一层玻璃纸，该隔膜不含有任何塑料树脂和其他塑性材料，厚度为12-25微米，适合锌等二次电池和所有的一次电池，是一种高科技合作生产的产品。 
从理论和实践证明，物理可再充电碱性锌锰蓄电池是可行的。1.5V电压、可充和环保是物理可再充电碱锰蓄电池的最大优势，成本是所有二次电池最低的，为国家节约原料和能源，大大缓解了电池对环境污染的压力，利国利民，应该是相当有生命力的！真诚欢迎国内外有经济实力和具有科技风险意识的投资公司、集团、企业或个人与我们合作，一起共创美好的明天！ 
我们在引入战略投资后充分考虑到下述特点来实施物理可再充电碱性锌锰蓄电池项目： 
自主生产和租线生产相结合 
经过8年的产品化过程，物理可再充电碱性锌锰蓄电池已经是一个成熟的商业化产品了，有固定的市场和客户群，我们在租线生产方面累积了大量的实际经验。考虑到碱性锌锰二次电池的潜在用途和市场，目前的生产运作方式显然没有能力做大做强这一产品。引入战略投资者是唯一正确的选择。引入的资金将主要用于建设自有生产线，这些生产线将用于生产碱性锌锰蓄电池(2300mAh)的高端产品，强化市场的领先地位，通过提高产品的附加值来增加产品的盈利能力。 
另一方面，在工业领域内对碱性锌锰蓄电池(800-1700mAh)的需求很大，租线生产不但可以增加有效供给，而且可以控制成本，从而达到增加市场占有率的目的。 
在引入投资的第一年边生产边建设是一个两全其美的方法，做到当年生产，当年有现金流入。 
细分差异化产品，满足不同层次的市场的需求 
通过根据客户的特定要求制定出不同的配方，在相同的生产流水线上生产，可以做到按需、按批、多批次小数量的柔性生产。 
抢占市场高地，为提高产能做准备 
●在引入投资的第一年，需重点开发以下几个市场，为第二年产能的释放找到市场： 
●太阳能风能储能蓄电池 
●工业领域内高放电应用市场 
●能够替换镍氢、镍镉电池的工业领域 
●探索并开发民用市场 
开发新产品，增强市场竞争力 
●开发手机用物理可再充电碱性锌锰蓄电池和手机锂电池竞争 
●开发低内阻和强放电应用的碱性锌锰蓄电池在动力市场 
引入战略投资后的第一年的投入产出分析 
每节利润         年生产量               利润总和 
0.80  ×            10,000,000  ＝      8,000,000 
      营运费用                          1,200,000 
项目建设期人工成本(见附表二投 
                                        1,221,000 
资预算表中的人工成本预算表) 
流动资金按照年产2亿节电池，按每 
节成本0.70元人民币，年周转4次计         2,000,000 
算 
办公室租金                              180,000 
交通工具                                700,000 
办公用品                                300,000 
企业和产品认证费用                      1,000,000 
第一年节余                              1,399,000 

Claims (1)

1.一种物理化学可还原再充电的碱性锌锰蓄电池，包含有锌阳极，二氧化锰阴极，阴阳极均采用金属铁网上电镀铟或银的骨架涂片式阴阳电极，阴阳极的分隔膜为接枝聚乙烯膜，接枝聚丙烯膜和V10无纺布复合而成的，且不能透过锌枝晶的低内阻的隔膜，电解液为含水、氢氧化钾和氧化锌的电解液，其中阳极主要成分是锌；阴极主要成分是二氧化锰和碳，含有铟，铋酸钠，氢氧化锂，铈和钛；5#或7#电池在相当于10欧姆负载深度放电制式下，放到0.9V时，第50次后容量保持量80％以上，该蓄电池阴阳极均采用金属铁网薄片镀以铟或银的极片结构制造的阴极和阳极的骨架，在上涂覆电池的活性物质化成而成的阴阳极片，通过卷绕或叠片制成的圆柱或方形蓄电池。
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