CN103700907A - 一种锌金属空气电池的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锌金属空气电池的制备方法。包括如下步骤：（1）正极板制备：将多金属氧化物、二氧化锰、氯化物、硫酸盐、活性碳、乙炔黑、CMC、PTFE、酒精混合均匀后涂覆在集流体上，干燥和辊热压后即为正极板；（2）负极板制备：将锌及氧化锌与聚乙烯醇、碳酸盐、硼酸盐、PTFE、HPMC加入碱性溶液中混合均匀后涂覆在集流体上，干燥和辊压后即为负极板；（3）组装：依次将正极、隔膜、负极叠加或按正极、隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极循环叠加，组装入电池壳即可得一单元或多单元电池。本发明的锌金属空气电池兼具金属空气电池和碱性锌锰电池的特点，既适合小电流长时间放电，也适合大电流短时间放电，且能多次使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池，特别涉及一种锌金属空气电池的制备方法。
背景技术
金属空气电池利用金属与氧气的反应来产生电能，具有清洁环保，使用安全，贮存周期长，无需其他反应介质，有空气和水即可，广泛用于应急、指示、信号、备用电源等多个领域，如野外救生、照明、应急充电电源、航标、野外信号灯等。
锌由于其电位相对镁、铝等其他金属高，其稳定性更好，且锌价格低廉，无毒易回收。锌金属空气电池具备可充电性能，使用范围更宽，可以干态贮存，使用前只需让电池隔膜充放吸水，置于空气气氛即可放电，使用更安全，适应运输和长期贮存。
传统的锌金属空气电池空气电极包括催化层、集流体和扩散层，多金属氧化物为催化剂，适合于单体电池，电压不高，不利于组装成多单元电池，且不能大倍率放电。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种锌金属空气电池的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
一种锌金属空气电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）正极板的制备
以钙钛矿催化剂为催化剂，与二氧化锰粉末混合，再与活性碳、乙炔黑、硫酸盐、氯化物、羧甲基纤维素CMC、聚四氟乙烯PTFE、酒精、水混合，搅拌均匀后涂覆在集流体A上，干燥和辊热压后，即为正极板；
（2）负极板的制备
将锌及氧化锌粉末与质量分数为5%的聚乙烯醇、碱性溶液、水、碳酸盐、硼酸盐、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚四氟乙烯PTFE充分搅拌，然后涂覆在集流体B上，干燥和辊压后，即为负极板；
（3）电池的组装
以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极、隔膜、负极相叠加，组装入电池壳即为一个单元的锌金属空气电池或依次将正极、隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极循环叠加，组成多个单元联体锌金属空气电池，再用导线连接相邻正负极，然后组装入侧面多孔型塑料壳。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述步骤（1）中钙钛矿催化剂与二氧化锰的混合物、活性碳、乙炔黑、硫酸盐、氯化物、羧甲基纤维素CMC、聚四氟乙烯PTFE、酒精、水的质量比为100：1～2.5:1～2.5:5～10:5～10:5～10:5～10:10～30:10～20，优选为100：1～2:1～2:5～8:5～8:5～8:5～8:10～25:10～16，更优选为100：1.5～2:1.5～2:6～8:6～8:6～8:6～8:15～25:12～16；所述钙钛矿催化剂与二氧化锰的质量比为3:7-27，优选为3:7-20，更优选为3:10-15。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述步骤（2）中锌、氧化锌、质量分数为5%的聚乙烯醇、饱和碱性溶液、碳酸盐、硼酸盐、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚四氟乙烯PTFE的质量比为100:5～15:20～30：5～10：1～2.5:1～2.5:5～15:10～20，优选为100:5～12:20～25：5～8：1～2:1～2:5～12:10～15，更优选为100:7～12:22～25：6～8：1.5～2:1.5～2:7～12:12～15。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述钙钛矿催化剂为镧、钙、钴或/和镍的复合氧化物；镧、钙、钴或/和镍的复合氧化物的物质的量之比为3:2:5。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸铵的一种或几种。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化锌的一种或几种。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵的一种或几种。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钾的一种或两种。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述集流体为泡沫镍或镀镍钢网。
进一步，上述的锌金属空气电池的制备方法，所述碱性溶液中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙的一种或几种。
本发明的正极制备，以钙钛矿复合金属氧化物为催化剂，二氧化锰为反应物，氯化物为反应助剂，硫酸盐为造孔剂，活性碳、乙炔黑、CMC、PTFE、酒精则用于帮助体系成膜，增强粘结性和导电性。负极制备，以锌为反应活性物质，氧化锌与碱反应形成锌酸盐，碳酸盐、硼酸盐为添加剂，防止锌发生氧化腐蚀，聚乙烯醇、PTFE、HPMC等加强活性物质的粘结性和稳定性。当正极与空气接触且含有水就在正负极之间产生了电动势，从而对外供电。电池反应式如下：
小电流反应：
正极：O2+2H2O+4e------4OH-
负极：Zn----Zn2++2e-
小电流总反应：4Zn+2O2+4H2O---4Zn(OH)2
大电流反应：
正极：MnO2+H2O+e------MnOOH+OH-
3MnOOH+e------Mn2O3+OH-+H2O
负极：Zn+4OH-----Zn(OH)4 2-+2e-
Zn+2OH-----Zn(OH)2+2e- Zn(OH)2-----ZnO+H2O
大电流总反应：Zn+2MnO2+2H2O---2MnOOH+Zn(OH)2
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
（1）本发明的正极采用多金属氧化物与二氧化锰的混合物，既能形成锌金属空气电池，也能形成锌锰碱性电池，能满足小电流长时间放电和大电流短时间放电，且能利用锌空气电池进行反复充放电使用。
（2）本发明的负极采用锌粉制成膏状，涂覆在集流体上，避免了传统的直接利用锌片，避免了锌片因反应进行造成极板强度和导电性能下降，相比传统的管式电极，单体电池的体积比能量更大，且内阻更小，倍率放电性能会明显提高。
（3）本发明的正、负极板都是将活性物质混合后涂覆在集流体上，能够极大地增强极板的导电性和极板强度。
（4）本发明的隔膜采用吸水性极强的多孔超细玻璃纤维，不但能够能保证电池处于贫液态，超强吸附水和空气，利于反应进行，并且不会渗水或滴水。
（5）本发明的电池壳采用侧面多孔型塑料壳，使电极、隔膜与空气能充分接触，利于反应进行。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
1、称取300g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：钴=3:2:5，称取700g二氧化锰粉末，分别称其活性碳10g，乙炔黑10g，硫酸钠50g，氯化钠50g，羧甲基纤维素50g，聚四氟乙烯50g，酒精100g，水100g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均与双面涂覆在泡沫镍上，于120℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，50g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇200g，饱和氢氧化钠溶液50g，碳酸钠10g，硼酸钠10g，HPMC羟丙基甲基纤维素50g，PTFE聚四氟乙烯100g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均与双面涂覆在泡沫镍上，于120℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板。
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为两个单元联体锌金属空气电池，单元与单元之间的相邻正负极应用导线连接，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
实施例2
1、称取100g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：镍=3:2:5，称取900g二氧化锰粉末，分别称其活性碳25g，乙炔黑25g，硫酸钾100g，氯化钾100g，羧甲基纤维素100g，聚四氟乙烯100g，酒精300g，水200g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于130℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，150g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇300g，饱和氢氧化钙溶液100g，碳酸钾25g，硼酸钾25g，HPMC羟丙基甲基纤维素150g，PTFE聚四氟乙烯200g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在泡沫镍上，于140℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板；
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板隔膜、正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为三个单元联体锌金属空气电池，单元与单元之间的相邻正负极应用导线连接，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
实施例3
1、称取500g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：钴=3:2:5，称取500g二氧化锰粉末，分别称其活性碳20g，乙炔黑20g，硫酸钠80g，氯化铵80g，羧甲基纤维素80g，聚四氟乙烯80g，酒精200g，水150g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在泡沫镍上，于160℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，100g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇250g，饱和氢氧化钾溶液80g，碳酸钠20g，硼酸钠20g，HPMC羟丙基甲基纤维素100g，PTFE聚四氟乙烯150g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于150℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板。
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为一个单元锌金属空气电池，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
实施例4
1、称取400g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：钴=3:2:5，称取600g二氧化锰粉末，分别称其活性碳15g，乙炔黑15g，硫酸钠80g，氯化锌80g，羧甲基纤维素90g，聚四氟乙烯90g，酒精200g，水150g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于140℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，80g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇250g，饱和氢氧化钾溶液80g，碳酸钠20g，硼酸钠20g，HPMC羟丙基甲基纤维素100g，PTFE聚四氟乙烯150g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于150℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板；
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为两个单元联体锌金属空气电池，单元与单元之间的相邻正负极应用导线连接，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
实施例5
1、称取500g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：钴：镍=3:2:4:1，称取500g二氧化锰粉末，分别称其活性碳15g，乙炔黑15g，硫酸钠75g，氯化铵85g，羧甲基纤维素75g，聚四氟乙烯75g，酒精250g，水180g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在泡沫镍上，于150℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，80g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇280g，饱和氢氧化钾溶液80g，碳酸钠20g，硼酸钠20g，HPMC羟丙基甲基纤维素120g，PTFE聚四氟乙烯180g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于155℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板；
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板隔膜、正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为四个单元联体锌金属空气电池，单元与单元之间的相邻正负极应用导线连接，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
实施例6
1、称取450g钙钛矿催化剂，其金属离子摩尔比镧：钙：钴：镍=3:2:3:2，称取550g二氧化锰粉末，分别称其活性碳15g，乙炔黑15g，硫酸钠85g，氯化铵75g，羧甲基纤维素70g，聚四氟乙烯85g，酒精250g，水150g；
2、将上述步骤1称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在泡沫镍上，于180℃干燥，经辊热压裁切后，即为正极板；
3、称取1000g锌粉，70g氧化锌粉，浓度5%聚乙烯醇270g，饱和氢氧化钾溶液70g，碳酸钠18g，硼酸钠22g，HPMC羟丙基甲基纤维素130g，PTFE聚四氟乙烯170g；
4、将上述步骤3称量完毕的物质在密闭的搅拌器内充分搅拌均匀，使混合物成流动态的膏状，后均匀双面涂覆在镀镍钢网上，于160℃干燥，经辊压裁切后，即为负极板；
5、以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极板、隔膜、负极板、隔膜、正极板、隔膜、负极板相叠加，即可组装入多孔性塑料壳为两个单元联体锌金属空气电池，单元与单元之间的相邻正负极应用导线连接，组装入多孔性塑料壳，电池两极分别接上导线。
完成上述步骤后，对电池接上负载，往电池盒内加水即可形成锌金属空气电池对外放电。
Claims (10)
1.一种锌金属空气电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）正极板的制备
以钙钛矿催化剂为催化剂，与二氧化锰粉末混合，再与活性碳、乙炔黑、硫酸盐、氯化物、羧甲基纤维素CMC、聚四氟乙烯PTFE、酒精、水混合，搅拌均匀后涂覆在集流体A上，干燥和辊热压后，即为正极板；
（2）负极板的制备
将锌及氧化锌粉末与质量分数为5%的聚乙烯醇、碱性溶液、水、碳酸盐、硼酸盐、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚四氟乙烯PTFE充分搅拌，然后涂覆在集流体B上，干燥和辊压后，即为负极板；
（3）电池的组装
以多孔超细玻璃纤维为隔膜，依次将正极、隔膜、负极相叠加，组装入电池壳即为一个单元的锌金属空气电池或依次将正极、隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极循环叠加，组成多个单元联体锌金属空气电池，再用导线连接相邻正负极，然后组装入侧面多孔型塑料壳。
2.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中钙钛矿催化剂与二氧化锰的混合物、活性碳、乙炔黑、硫酸盐、氯化物、羧甲基纤维素CMC、聚四氟乙烯PTFE、酒精、水的质量比为100：1～2.5:1～2.5:5～10:5～10:5～10:5～10:10～30:10～20；所述钙钛矿催化剂与二氧化锰的质量比为3:7-27。
3.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中锌、氧化锌、质量分数为5%的聚乙烯醇、饱和碱性溶液、碳酸盐、硼酸盐、羟丙基甲基纤维素HPMC、聚四氟乙烯PTFE的质量比为100:5～15:20～30：5～10：1～2.5:1～2.5:5～15:10～20。
4.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿催化剂为镧、钙、钴或/和镍的复合氧化物；镧、钙、钴或/和镍的复合氧化物的物质的量之比为3:2:5。
5.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸铵的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化锌的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢铵的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钾的一种或两种。
9.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述集流体为泡沫镍或镀镍钢网。
10.根据权利要求1所述的锌金属空气电池的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140402 |