CN1035408C

CN1035408C - 中性铝—空气电池及其制备方法

Info

Publication number: CN1035408C
Application number: CN91109160A
Authority: CN
Inventors: 李振亚; 刘稚蕙
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 1991-09-28
Filing date: 1991-09-28
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2006-09-28
Also published as: CN1060183A

Abstract

本发明涉及到一种中型功率中性铝-空气电池及其制备方法，包括用加入Ga、In、Mg、Sn、Bi、P的铝合金材料作为负极，用聚四氟乙烯和乙炔黑制成防水层的空气电极作为正极以及食盐水或海水电解质构成单体电池，将两电池按本发明特殊结构串联成电池组。该电池具有铝合金电极活性高、电流大、成本低的优点，电池壳体不设极柱，密封性好，无极柱腐蚀问题。

Description

中性铝-空气电池及其制备方法

本发明涉及到化学电源技术领域，更具体地讲是关于一种中型功率的两电池为一体的静止中性电解液铝-空气电池及其制备方法。

已有技术的中性铝-空气电池多为大功率电池组，带有强制电解液循环流动系统或阳极低频振荡系统，以及空气对流系统等辅助设备，结构复杂，其铝电极多用Al-Ga-In-Tl、Al-Ga-In-P或Al-Ga-Sn等合金铝。采用的原料为99.99％的高纯铝及含有0.2％的昂贵金属Ga，成本高。电解液为NaCl和Na₂SO₄混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液，成份复杂且有毒。[A.R.Despic，Proc.First Int.Workshop React.Metal-Air Batteries，University of Bonn，West Germany，July 9-11，1979；A.R.Despic and P.D.Milanovic，“Aluminum-Air Battery for Electric Vehicles”Rec.Trav.Int.Sciences Techniques Academie Serbe Sciences Arts 12(1)：1-18(1979)；A.R.Despic，“Proc of the 29th IUPAC Congress，Cologne Federal Republic ofGermany，5-10 June，1983”，1984 P267-274；D.M.Drazic，A.R.Despic and S.K.Zecevic，Fuell Cell Trens in Research and Application P105～125(1987)]；静止电解液小功率中性铝-空气电池的体积大，结构不能保证空气对流，工作电流小，铝电极为Al-0.2％ Ga-0.2％Sn，可间歇放电40小时，但铝的利用率极低[日本专利昭62-37885]；国内市场上已有的中性铝-空气电池用于电池灯，其密封方法只能设计成圆筒形电池组，不便于电池灯具的各种造型设计，极柱腐蚀严重，极易损坏；更换铝电极时易将铝电极装错，造成电池短路。

本发明的目的是克服现有的铝-空气电池的体积大、工作电流小和铝的利用率低的缺陷，提供一种中型功率的两电池为一体的静止中性铝-空气电池。

本发明的另一个目的是提供制成本发明中性铝-空气电池的制备方法，该方法是用本发明的铝合金作电池的负极，用聚四氟乙烯和乙炔黑制成防水层的空气电极作正极，用食盐水或海水作为电解液构成单体电池；然后再将两单体电池按本发明的结构方式制成一体。

下面结合附图对本发明电池及其制备方法进一步描述。

本发明的中性铝-空气电池的制造方法为：先制备成铝合金电极、空气电极，再用海水或食盐水制成单体电池，最后将两单体电池按本发明的结构方式制成电池组。

本发明的铝合金电极的制备方法为：将A00纯铝锭(纯度99.7％)装入放在井式电炉内的石墨坩锅中，加热熔化成850～950℃的铝液，按重量百分比加入0.01～0.1％Ga、0.01～0.1％In、0.05～0.5％Mg、0.05～0.3％Sn、0.05～0.2％Bi和0.03～0.1％P，用石墨棒迅速搅匀，浇铸成500×120×50mm³的铝合金锭，将铝合金锭装入箱式炉中加热至300～600℃恒温4～10小时，然后先热轧至2mm，再冷轧成0.4mm厚的铝合金带，将其在150～550℃下恒温1～6小时退火处理，取出裁成7.0×5.5cm²的片，铆上50×4×0.1mm³的铜片，铆接处涂漆，制成电位相对饱和甘汞电极电位为-1.47V的铝电极，其电流效率可达97％。

本发明的电池所用的空气电极的制备方法为：按催化层+防水层+导电网+防水层的顺序叠加后以150～350Kg/cm²的压力压制而成，其面积为7.4×6.9cm²，其中防水层是聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比2∶1～1∶2混合滚压制成，聚四氟乙烯以乳液形式加入，将制成的0.5～1mm厚的防水层膜装入箱式炉，先在150～300℃下加热1～2.5小时，再升温到300～380℃，加热10～90分钟，冷却到室温。

将按上述方法制得的铝合金电极、空气电极以及用食盐水或海水作为电解液制成单体电池，再将两个单体电池按照后面附图1电池主视图、附图2电池侧视图、附图3电池剖视图和附图4电池上盖11示意图所示的方式连成电池组。

本发明的中性铝-空气电池的结构方式为：将两只单体电池夹一扁塑料螺柱6连为一体，扁螺柱6从电池组中央部位突出，在扁螺柱6顶部靠近两侧平面处开设相对的两扁槽6a，两电池的铝电极13和12的引线13a和12a紧贴扁螺柱6的两侧平面，钩挂在两扁槽6a中，将食盐水或海水分别倒入A、B两电池壳体10A和10B中，达到淹没空气电极8和9.扣上电池组上盖11，扁螺柱6穿过上盖11的扁孔11a而突出在上盖11上，位于扁螺柱6两旁的两个空气对流孔柱10b分别穿入上盖11的两圆孔11b中，插上叉形螺柱2，两铝电极引线13a和12a分别与叉形螺柱2的扁铜极柱3和4紧密接触，拧紧螺母1，将上盖11压紧，弹性圈14就被分别压入上盖11的方框11d与电池壳体10A和10B上部的半槽10a组成的沟槽中而密封。插头7插入叉形螺柱2的插孔中，插头7上的金属环9b与叉形螺柱2上的金属环3a接触，金属环3a与扁铜极柱3为一体，而9b与B电池的空气电极9的引线9a相连，将A与B两电池串联，插头7上的金属环8b与空气电极8的引线8a相连，又与叉形螺柱2上的金属环5a接触，金属环5a与铜极柱5为一体，极柱4与5为电池组的负与正极柱。电池工作时内部产生的气体由上盖11上的两个带有透气膜的圆孔11c排出。

本发明的电池结构及密封工艺可保证电池组根据造型设计的需要将其外形制成圆筒形、椭圆形、方形等。

本发明的电池可作电池灯等中型功率的电源使用，用作电池灯电源时，电池灯的照明部分应与叉形螺柱设计为一体，插头7同时可作灯具开关。

本发明的中性铝-空气电池的突出优点是：铝合金电极活性高，电流大，成本低；空气电极防水层采用热处理的碳质聚四氟乙烯制成，工艺简单，防水性好。

本发明的结构消除了极柱腐蚀现象，可避免用户补充铝电极时可能将其装反；电解液采用食盐水或海水，成本低。

实施例：

按上述结构制成的两电池为一体的中性铝-空气电池组，其铝合金电极按下列方法制成：将A00纯铝锭放入井式电阻炉中的石墨坩埚内，将其加热熔成950℃的铝液，加入0.04％Ga、0.01％In、0.15％Sn、0.04％P，用石墨棒快速搅匀，浇铸成500×120×50mm³的合金铝锭。将合金铝锭放入箱式炉中，在450℃下恒温6小时，取出，先热轧至2mm，再冷轧成0.4mm厚的合金铝带，再放入箱式炉内400℃恒温4小时退火处理。将退火后的合金铝带裁成7.0×5.5cm²的片，在其一边中部铆上50×4×0.1mm³的铜片，铆接处涂漆，制成电位相对饱和甘汞电极电位为-1.47V、电流效率为97％的铝电极；空气电极按催化层+防水层+导电网+防水层的顺序叠加后以250Kg/cm²的压力压制而成，其面积为7.4×6.9cm²，其防水层是由聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比1∶1混合滚压成膜，聚四氟乙烯以乳液形式加入，将滚压成的防水层膜装入箱式炉在250℃下恒温2小时，再升温至330℃恒温30分钟冷却，获得具有良好疏水性能的防水层膜。将上述中性铝-空气电池用于电池灯，可驱动电压为2V，电流0.75A的灯泡连续照明8小时以上，间歇照明两天，每天4小时。

Claims

1.一种中型功率中性铝-空气电池的制备方法，其特征在于用含重量百分比为0.01～0.1％Ga、0.01～0.1％In、0.05～0.5％Mg、0.05～0.3％Sn、0.05～0.2％Bi和0.03～0.1％P的至少四种成分的铝合金作电池的负极，用聚四氟乙烯和乙炔黑制成防水层的空气电极作为正极，用食盐水或海水作为电解液构成单体电池；再将两只单体构成一体，在两电池为一体结构中间有一突出扁形螺柱6，在扁螺柱6顶部靠近两侧平面处开设相对的两扁槽6a，两电池的铝电极13和12的引线13a和12a紧贴扁螺柱6的两侧平面，钩挂在两扁槽6a中，将食盐水或海水分别倒入A、B两电池壳体10A和10B中，达到淹没空气电极8和9，扣上电池组上盖11，扁螺柱6穿过上盖11的扁孔11a而突出在上盖11上，位于扁螺柱6两旁的两个空气对流孔柱10b分别穿入上盖11的两圆孔11b中，插上叉形螺柱2，两铝电极引线13a和12a分别与叉形螺柱2的扁铜极柱3和4紧密接触，拧紧螺母1，将上盖11压紧，弹性圈14就被分别压入上盖11的方框11d与电池壳体10A和10B上部的半槽10a组成的沟槽中而密封；插头7插入叉形螺柱2的插孔中，插头7上的金属环9b与叉形螺柱2上的金属环3a接触，金属环3a与扁铜极柱3为一体，而金属环9b与B电池的空气电极9的引线9a相连，将A与B两电池串联，插头7上的金属环8b与空气电极8的引线8a相连，又与叉形螺柱2上的金属环5a接触，金属环5a与铜极柱5为一体，极柱4与5为电池组的负与正极柱；电池工作时内部产生的气体由上盖11上的两个带有透气膜的圆孔11c排出。

2.权利要求1的中型功率中性电解液铝-空气电池的制备方法，其特征在于铝合金电极按如下方法制成：将A00纯铝放入石墨坩锅中，在井式炉内熔化成850～950℃的铝液，然后按重量比加入0.01～0.1％Ga、0.01～0.1％In、0.05～0.5％Mg、0.05～0.3％Sn、0.05～0.2％Bi和0.03～0.1％P中至少四种成分，用石墨捧迅速搅拌均匀，浇铸成500×120×50mm³的铝合金锭，把铝合金锭在箱式炉中加热到300～600℃下恒温4～10小时，取出后先热轧至2mm，再冷轧成0.4mm厚的铝合金带，然后在250～550℃下恒温1～6小时退火处理制成铝合金电极。

3.权利要求1的中型功率中性电解液铝-空气电池的制备方法，其特征在于空气电极按如下方法制成：按催化层/防水层/导电网/防水层的顺序叠加后以150～350Kg/cm²的压力压制而成，其中的防水层是将聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比2∶1～1∶2混合滚压成0.5～1mm厚的膜，其中聚四氟乙烯以乳液形式加入，然后将该膜在箱式炉中先在150～300℃下加热1～2.5小时，再升温到300～380℃恒温10～90分钟，冷却到室温，制成空气电极防水层。

4.一种按照权利要求1、2或3的制备方法制成的中型功率中性铝-空气电池。

5.权利要求4所述的中型功率中性铝-空气电池，其特征在于电池的外形是圆筒形、椭圆形或方形。