CN101702454A - 锌离子电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
锌离子电池及其制造方法涉及一种利用锌空气反应发电的装置及其制造方法。锌离子电池其正极板(4)由活化膜层(6)和防水粉层(7)构成，防水粉层(7)内埋设有与正电极柱(2)电连接的导电网(8)，正极板(4)嵌在壳体(1)壁上，负极板(5)由锌粉压片层(9)内埋设与负电极柱(3)电连接的导电网(8)构成，负极板(5)置于壳体(1)内。制造方法包括以下步骤：a、负极板制造；b、防水粉制造；c、活化膜制造；d、正极板制造；e、封装。具有工作电流大、结构及制造工艺简单、可重复充电及方便更换锌负极的优点。锌空气电池的孔率约占空气电极体积的40％以上，因此正极工作时极化较小，而且以大电流工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源，具体涉及一种利用锌空气反应发电的装置及其制造方法。
背景技术
无汞、无锡、无镉、无铅电池和高碱性锌电池是我国电池行业的发展方向。
在我们日常生活中普遍采用的锌锰电池是一种碱性电池，它使用了天然等杂质含量较高的材料，为防止锌在电解液中的腐蚀，必须在电池隔离层中加入缓蚀剂，最常用的缓蚀剂是氯化汞，通常加在糊式电池的浆糊中或纸板电池的浆层纸中，这也使汞成为电池中污染环境的主要有害元素。
锌空气电池是一种碱性电池，它由空气电极、壳体、碱液、金属锌负极组成。它的特点来源于空气电极。空气电极去极剂(活性物质)是空气中的氧，因此只要空气能够源源不断地输送给电池，空气电极就能连续不断工作，可谓取之不尽用之不竭，因此正极容量无限。正极本身不带有活性物质，体积可以做到无限小，重量比一般电池正极都要轻。比能量在200-270wh/kg是锌锰干电池的4-5倍。这款电池也有它的缺点：一是正极孔率不是很大，工作电流不够大，二是不能充电，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种可复充的大工作电流的锌离子电池及其制造方法。
本发明的技术解决方案是：锌离子电池，包括壳体、正、负电极柱及正、负极板，壳体内充有电解液，所述正极板由活化膜层和防水粉层构成，防水粉层内埋设有与正电极柱电连接的导电网，正极板嵌在壳体壁上，负极板由锌粉压片层内埋设与负电极柱电连接的导电网构成，负极板置于壳体内。
锌离子电池的制造方法，包括以下步骤：
a、负极板制造，称取一定的按重量比为100∶6～8的锌粉和维晶纤维素混合物在电池棉纸上刮平，埋入导电网，另取电池棉纸覆盖；在模具中压制成型；
b、防水粉制造，将按重量比为100∶30～35的乙炔黑和低压聚乙烯置于容器中，加煤油适量并加热充分搅匀，倒出冷却，放入油压机中压油，粉碎过筛得防水粉；
c、活化膜制造，将按重量比为100∶500～550∶30～35的乙炔黑、104活性碳和硝酸银加蒸馏水适量充分搅匀，烘干后置入马福炉中升温至370℃±5℃，保温8～8.5小时后冷却至常温，过筛得活化粉，按重量比将100∶50～55∶25～26的活化粉、聚四氟乙烯乳液和OP乳化剂加适量蒸馏水调匀，放入碾压机升温至40℃～50℃碾压成薄膜，用无水乙醇浸泡24小时以上后取出得活化膜；
d、正极板制造，在活化膜上放一定量的防水粉刮平，埋入导电网，在170～180℃温度下用模具在油压机中压型，再置入甲苯中浸泡12～13小时，取出干燥；
e、封装，将正、负极板置于电池壳体内并连接相应导线，填充电解液，封装。
本发明的技术效果是：它具有工作电流大、结构及制造工艺简单、可重复充电及方便更换锌负极的优点。重新设计了锌空气电池的正极结构，使锌空气电池的孔率约占空气电极体积的40％以上，因此正极工作时极化较小，而且以大电流工作。
附图说明
图1为本发明实施方式1的正剖结构示意图；
图2为本发明实施方式1的侧剖结构示意图；
图3为图2中I处的放大图；
图4为本发明实施方式2的正剖结构示意图。
具体实施方式
实施方式一：
如图1、2和3所示，本实施方式的锌离子电池包括壳体1、正、负电极柱2、3及正、负极板4、5，壳体1内充有电解液，所述正极板4由活化膜层6和防水粉层7构成，防水粉层7内埋设有与正电极柱2电连接的导电网8，正极板4嵌在壳体1壁上，其内、外面分别与壳体1内腔和外部接触，负极板5由锌粉压片层9内埋设与负电极柱3电连接的导电网8构成，负极板5置于壳体1内。壳体1由上盖10和下壳11组成，负电极柱3设于上盖10上，正电极柱2和正极板4设于下壳11上，上盖10与下壳11通过胶粘或螺栓连接，可通过胶条密封。正极板4可使空气中的氧气直接通过并参与反应。电解液采用KOH(氢氧化钾)。
所述负极板5于锌粉压片层9外包裹有棉纸层14。
本实施方式中，负极板5的锌用完后即可打开密封的上盖10，取出废锌料，再加入新的负极，再发电。
锌离子电池的制造方法，包括以下步骤：
a、负极板制造
将每100克电池专用锌粉加6～8克维晶纤维素充分混合；取一张所需尺寸的电池棉纸放入模具中，称取一定的锌粉和维晶纤维素混合物在电池棉纸上刮平；放入导电铜网；称取同样量的锌粉倒入并刮平；再取一张电池棉纸覆盖；在模具中压制成型；取出成型锌极用耐碱棉纸包裹即可；防止锌负极在运输途中破碎，也防止锌负极装入电池中与正极接触短路；
b、防水粉制造
将每100克乙炔黑加30～35克低压聚乙烯置于容器中，加煤油适量混合成糊状并加热搅拌30～45分钟，至两者充分混为一体，倒出并冷却，此过程称为热化，将冷却后的热化物用双层呢绒布包裹几道，放入油压机中压油，经过头道压油的防水粉掰碎，再置入油压机中二次压油至含煤油30～32％，将压油后的防水粉粉碎过60目筛，此过程称为粉碎；
c、活化膜制造
按重量将每100克乙炔黑加500克～550克104活性碳和30～35克硝酸银(硝酸银先用蒸馏水溶化)加蒸馏水适量混合成糊状充分搅匀，置入烘干房烘干，将烘干后的粉料用玻璃纤维布包裹，置入容器中，在玻璃纤维布周围用活性碳填塞，置入马福炉中升温至370℃±5℃，保温8～8.5小时后自然冷却至常温，然后过60目筛得活化粉，将过筛后的活化粉每100克加聚四氟乙烯乳液50～55克和OP乳化剂25～26克，加蒸馏水适量混合成糊状，调匀，放入碾压机升温40℃～50℃碾压成0.1mm左右的薄膜，将上述薄膜裁成所需大小，用无水乙醇浸泡24小时以上后取出得活化膜；
d、正极板制造
在活化膜上放一定量的防水粉刮平，放导电网，再放等重的防水粉刮平，在170～180℃温度下用模具在油压机中压型若干时间(根据正极大小厚薄而定时间)，保压若干时间，再置入通有冷却水降温的油压机中冷压定型，再置入甲苯中浸泡6～6.5小时，更换甲苯再浸泡6～6.5小时，取出干燥，取出通风搁置24～26小时，再置入干燥箱中80～85℃度干燥2～2.5小时，干燥箱门应留有间隙；
e、封装
将正、负极板置于电池壳体内并连接相应导线，填充电解液，封装。
实施方式二：
如图4所示，它与实施方式一不同的是，所述壳体1上设有充电极柱12，充电极柱12通过导线连接有充电极13，充电极13置于壳体1内。充电极柱12设于上盖10上。上盖10上设有透气孔15，透气孔15上设有只允许空气透过不允许液体流出的透气片16。
充电极13采用不锈钢材料，在锌负极用完后即可对电池进行充电，能复充30次。
实施方式三：
它与实施方式一不同的是，锌离子电池的制造方法按如下步骤按进行：
a、负极板制造
将每100克锌粉加6克维晶纤维素混合，取一张所需尺寸的电池棉纸放入模具中，称取一定的锌粉和维晶纤维素混合物在电池棉纸上刮平，放入导电铜网，称取同样量的锌粉倒入并刮平，再取一张电池棉纸覆盖，在模具中压制成型，取出成型锌极用棉纸包裹三层，再用耐碱棉纸包裹一层即可；
b、防水粉制造
将每100克乙炔黑加30克低压聚乙烯倒入不锈钢制作的圆桶中，加煤油适量并加热搅拌30～45分钟，至两者充分混为一体，倒出并冷却，将冷却后的热化物用双层呢绒布包裹几道，放入油压机中压油，将经过头道压油的防水粉掰成小块，再用双层呢绒布包结实后再置入油压机中二次压油，至含30％煤油，将经过两次压油后的防水粉粉碎过60目筛；
c、活化膜制造
按重量将每100克乙炔黑加500克104活性碳和30克硝酸银加蒸馏水适量充分搅匀，烘干，烘干后的粉料用玻璃纤维布包裹，置入铁盒中，在玻璃纤维布周围用普通的粗颗粒活性碳填塞，置入马福炉中升温至370℃±5℃，保温8小时后自然冷却至常温，然后过60目筛得活化粉，将过筛后的活化粉每100克加聚四氟乙烯乳液50克和OP乳化剂25克，加蒸馏水适量，调匀，放入碾压机升温40℃～50℃碾压成0.1mm左右的薄膜，将薄膜裁成所需大小，用无水乙醇浸泡24～26小时后取出得活化膜；
d、正极板制造
在活化膜上放一定量的防水粉刮平，放导电网，再放等重的防水粉刮平，在170℃温度下用模具在油压机中压2～5分钟，保压2分钟，再冷压定型，再置入甲苯中浸泡6小时，更换甲苯再浸泡6小时，取出干燥，取出通风搁置24小时，再置入干燥箱中80℃度干燥2小时；
e、封装
本发明锌粉的重量决定电池的容量，设计时一般按每安时容量1.5～2.0g锌粉，理论容量AH/1.22g。
金属锌做负极化学反应式：
负极Zn+2OH-→ZnO+H2 O+2e-
正极1/2O2+H2 O+2e-→2OH-
总反应Zn+1/2O2→ZnO
本发明导电网的制造：将铜拉网(￡＝0.1mm)裁剪成所需尺寸，再表面镀银(也可以不镀银)，用￠0.1的铜丝或镀银铜丝在网上所需部位穿入并绞到一起，作为导电引出极带电引出。
电解液配置过程为：将KOH(氢氧化钾)溶入蒸溜水中，用比重计测量，到1.3时，电液配制完毕，待冷却后注入电池盒中。
本发明的电池装置锌料可以不取出，作为一次电池使用；也可以在锌负极用完后打开密封电池盖，更换废锌料，进行机械充电；还可以放入不锈钢充电极直接充电，能复充30次左右，其使用寿命大大延长，成本大幅降低。
Claims (9)
1.锌离子电池，包括壳体(1)、正、负电极柱(2)、(3)及正、负极板(4)、(5)，壳体(1)内充有电解液，其特征在于，所述正极板(4)由活化膜层(6)和防水粉层(7)构成，防水粉层(7)内埋设有与正电极柱(2)电连接的导电网(8)，正极板(4)嵌在壳体(1)壁上，负极板(5)由锌粉压片层(9)内埋设与负电极柱(3)电连接的导电网(8)构成，负极板(5)置于壳体(1)内。
2.如权利要求1所述的锌离子电池，其特征在于，所述壳体(1)上设有充电极柱(12)，充电极柱(12)通过导线连接有充电极(13)，充电极(13)置于壳体(1)内。
3.如权利要求1所述的锌离子电池，其特征在于，所述负极板(5)于锌粉压片层(9)外包裹有棉纸层(14)。
4.锌离子电池的制造方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a、负极板制造，称取一定的按重量比为100∶6～8的锌粉和维晶纤维素混合物在电池棉纸上刮平，埋入导电网，另取电池棉纸覆盖；在模具中压制成型；
b、防水粉制造，将按重量比为100∶30～35的乙炔黑和低压聚乙烯置于容器中，加煤油适量并加热充分搅匀，倒出冷却，放入油压机中压油，粉碎过筛得防水粉；
c、活化膜制造，将按重量比为100∶500～550∶30～35的乙炔黑、104活性碳和硝酸银加蒸馏水适量充分搅匀，烘干后置入马福炉中升温至370℃±5℃，保温8～8.5小时后冷却至常温，过筛得活化粉，按重量比将100∶50～55∶25～26的活化粉、聚四氟乙烯乳液和OP乳化剂加适量蒸馏水调匀，放入碾压机升温至40℃～50℃碾压成薄膜，用无水乙醇浸泡24小时以上后取出得活化膜；
d、正极板制造，在活化膜上放一定量的防水粉刮平，埋入导电网，在170～180℃温度下用模具在油压机中压型，再置入甲苯中浸泡12～13小时，取出干燥；
e、封装，将正、负极板置于电池壳体内并连接相应导线，填充电解液，封装。
5.如权利要求4所述的锌离子电池的制造方法，其特征在于，负极板压制成型取出后用棉纸和/或耐碱棉纸包裹。
6.如权利要求4所述的锌离子电池的制造方法，其特征在于，防水粉制造过程中，压油过程为两次，经过头道压油的防水粉掰碎，再置入油压机中二次压油至含煤油30～32％。
7.如权利要求4所述的锌离子电池的制造方法，其特征在于，活化膜制造过程中，乙炔黑、104活性碳和硝酸银的烘干物用玻璃纤维布包裹，置入容器中，在玻璃纤维布周围用活性碳填塞，再置入马福炉中升温。
8.如权利要求4所述的锌离子电池的制造方法，其特征在于，压型过程为，在油压机中压2～5分钟，保压2分钟，再冷压定型。
9.如权利要求4所述的锌离子电池的制造方法，其特征在于，正极板制造过程中，甲苯的浸泡过程为先浸泡6～6.5小时，再更换甲苯再浸泡6～6.5小时，取出干燥。
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