CN105428591B - 一种海水电池阴极及制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海水电池阴极，一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物作为活性物，质量百分数为70‑92%；导电碳粉和导电碳纤作为导电物质，导电碳粉质量百分数为1‑10%，导电碳纤质量百分数为1‑10%；聚乙烯粉和聚乙烯蜡作为粘合剂，聚乙烯PE粉质量百分数为3‑15%，聚乙烯蜡质量百分数为3‑12%；金属钛片或镍片作为集流电极。本发明还公开一种海水电池阴极制造工艺。本发明解决电池遇水启动慢以及海水电池在淡水工作输出电量小的技术问题；提高海水电池批量生产效率和稳定性，常规环境下保存只要隔水无需干燥密封。

Description

一种海水电池阴极及制造工艺
技术领域
本发明涉及海水电池技术领域，尤其是指一种海水电池阴极及制造工艺。
背景技术
现有技术中，海水电池阴极大多采用氯化亚铜CuCl、碘化亚铜CuI、氯化银AgCl等难溶化合物作为活性物质，以石墨类作为导电物质，再通过热熔、粘合剂粘合以浇注、模压于金属导电极上制成，阳极以镁合金为主。
所述海水电池阴极的缺陷在于：均为难溶于水的化合物作为电池阴极活性物，遇水启动慢，淡水反应不如海水，成型制造工艺效率低，常规环境保存难度大，均需要完全隔离水汽干燥密封保存。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种海水电池阴极，解决电池遇水启动慢以及海水电池在淡水工作输出电量小的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种海水电池阴极制作工艺，提高海水电池批量生产效率和稳定性，常规环境下保存只要隔水无需干燥密封。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种海水电池阴极，一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物作为活性物，质量百分数为70-92%；导电碳粉和导电碳纤作为导电物质，导电碳粉质量百分数为1-10%，导电碳纤质量百分数为1-10%；聚乙烯粉和聚乙烯蜡作为粘合剂，聚乙烯粉质量百分数为3-15%，聚乙烯蜡质量百分数为3-12%；金属钛片或镍片作为集流电极。
进一步，一水硫酸铜CuSO4·H2O和无水硫酸铜CuSO4的混合物由五水硫酸铜CuSO4·5H2O在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成。
进一步，导电碳粉为大于300目的粉末。
进一步，导电碳纤为长径比大于20的纤维。
进一步，聚乙烯粉（PE粉）为大于30目的粉末。
进一步，聚乙烯蜡（PE蜡）为大于30目的粉末。
进一步，金属钛片或镍片为厚度小于0.5毫米，与电池阴极的宽度比为0.1-0.95比1。
一种海水电池阴极制造工艺，包括以下步骤：
一，将五水硫酸铜在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物；
二，将质量百分数为70-92%的一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物与质量百分数为1-10%的导电碳粉，质量百分数为1-10%的导电碳纤，质量百分数为3-15%的聚乙烯粉，质量百分数为3-12%的聚乙烯蜡，混合搅拌均匀，将搅拌均匀的物料通过加热、加压、剪切工艺造粒；将金属钛片或镍片电极置于模具成型腔中间；将造粒好的阴极颗粒经过注塑螺杆射入放置钛片或镍片电极的模具，冷却出模即得到海水电池阴极。
采用上述方案后，本发明硫酸铜为强电解质极易溶解于水，在淡水或纯净水中溶解后提高电池电解液性能，同时又能很好的与阳极金属镁发生化学反应产生电能，所以本发明选用硫酸铜作为阴极的活性物质。但硫酸铜于常规环境中主要以五水硫酸铜蓝色沙质结晶颗粒的方式存在，不便于加工，很难与导电物和粘合剂混合成型。因此将五水硫酸铜在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成粉末状一水硫酸铜和无水硫酸铜混合物，解决常规五水硫酸铜不能混合成型的问题。一水硫酸铜和无水硫酸铜在常规环境无需特殊防护，即使在高湿度下也只生成五水硫酸铜。本电池阴极硫酸铜、一水硫酸铜和五水硫酸铜都是活性物质。
导电碳粉和碳纤同为导电物质，通过两者按比例混合后解决阴极块导电的同时，可提高阴极块的强度和物理性能。其中，导电碳粉可以与活性物质和粘结剂均匀混合提高阴极块导电性、碳纤的混入在能导电的同时形成网架，可提高阴极块的强度和增加间隙。由于海水电池阴极块均在高温、高压下加工成型，必然造成阴极块的过度板结，在电池遇水反应时过度板结的阴极块会使活性物质释放缓慢，甚至阻塞内部中断反应。而碳纤混入后即使在高温、高压下也会产生微小间隙，以保证阴极活性物质反应充分。
聚乙烯树脂作为粘合剂混入聚乙烯蜡可改善阴极块在加工过程的流动性和降低成型压力。
金属钛片和镍片是很好的防腐和抗氧化电极尤其是钛片，电极做成片状可提高与阴极块的接触面积，起到比柱形更好的集流效果。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做详细描述。
一种海水电池阴极，一水硫酸铜CuSO4·H2O和无水硫酸铜CuSO4的混合物作为活性物，质量百分数为70-92%；一水硫酸铜CuSO4·H2O和无水硫酸铜CuSO4的混合物由五水硫酸铜CuSO4·5H2O在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成。
导电碳粉和导电碳纤作为导电物质，导电碳粉质量百分数为1-10%，导电碳纤质量百分数为1-10%；导电碳粉为大于300目的粉末。导电碳纤为长径比大于20的纤维。
聚乙烯粉和聚乙烯蜡作为粘合剂，聚乙烯粉质量百分数为3-15%，聚乙烯蜡质量百分数为3-12%；聚乙烯粉（PE粉）为大于30目的粉末。聚乙烯蜡（PE蜡）为大于30目的粉末。
金属钛片或镍片作为集流电极。金属钛片或镍片为厚度小于0.5毫米，与电池阴极的宽度比为0.1-0.95比1。由于金属钛片或镍片作为集流电极的质量很小，其所占电池阴极的质量可以忽略。
一种海水电池阴极制造工艺，包括以下步骤：
一，将五水硫酸铜CuSO4·5H2O在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成一水硫酸铜CuSO4·H2O和无水硫酸铜CuSO4的混合物；
二，将质量百分数为70-92%的一水硫酸铜CuSO4·H2O和无水硫酸铜CuSO4的混合物与质量百分数为1-10%的导电碳粉，质量百分数为1-10%的导电碳纤，质量百分数为3-15%的聚乙烯粉，质量百分数为3-12%的聚乙烯蜡，混合搅拌均匀，将搅拌均匀的物料通过加热、加压、剪切工艺造粒；将金属钛片或镍片电极置于模具成型腔中间；将造粒好的阴极颗粒经过注塑螺杆射入放置钛片或镍片电极的模具，冷却出模即得到海水电池阴极。
本发明采用水溶化合物硫酸铜，比传统海水电池在淡水和纯净水中的反应性能有显著提高，测试证明本发明海水电池在海水、淡水、纯净水放电误差小于30%。
本发明的注塑工艺，比传统热熔浇注、模压成型效率高且产品一致性也明显改善。
本发明使用碳粉和碳纤两种导电物质，也改善导电性同时提高了电池的物理强度，碳纤的网架结构也可防止阴极块过度板结。
在电池保存中传统电池均需干燥密封，本发明海水电池保存只要工作前不遇水即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (10)

1.一种海水电池阴极，其特征在于：一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物作为活性物，质量百分数为70-92%；导电碳粉和导电碳纤作为导电物质，导电碳粉质量百分数为1-10%，导电碳纤质量百分数为1-10%；聚乙烯粉和聚乙烯蜡作为粘合剂，聚乙烯粉质量百分数为3-15%，聚乙烯蜡质量百分数为3-12%；金属钛片或镍片作为集流电极。
2.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物由五水硫酸铜在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成。
3.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：导电碳粉为大于300目的粉末。
4.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：导电碳纤为长径比大于20的纤维。
5.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：聚乙烯粉为大于30目的粉末。
6.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：聚乙烯蜡为大于30目的粉末。
7.如权利要求1所述的一种海水电池阴极，其特征在于：金属钛片或镍片为厚度小于0.5毫米，与电池阴极的宽度比为0.1-0.95比1。
8.一种海水电池阴极制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一，将五水硫酸铜在150摄氏度至250摄氏度加热3小时以上生成一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物；
二，将质量百分数为70-92%的一水硫酸铜和无水硫酸铜的混合物与质量百分数为1-10%的导电碳粉，质量百分数为1-10%的导电碳纤，质量百分数为3-15%的聚乙烯粉，质量百分数为3-12%的聚乙烯蜡，混合搅拌均匀，将搅拌均匀的物料通过加热、加压、剪切工艺造粒；将金属钛片或镍片电极置于模具成型腔中间；将造粒好的阴极颗粒经过注塑螺杆射入放置钛片或镍片电极的模具，冷却出模即得到海水电池阴极。
9.如权利要求8所述的一种海水电池阴极制造工艺，其特征在于，导电碳粉为大于300目的粉末；导电碳纤为长径比大于20的纤维；聚乙烯粉为大于30目的粉末；聚乙烯蜡为大于30目的粉末。
10.如权利要求8所述的一种海水电池阴极制造工艺，其特征在于，金属钛片或镍片为厚度小于0.5毫米，与电池阴极的宽度比为0.1-0.95比1。
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