CN106816561A - 锌空气电池及电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锌空气电池,该锌空气电池包括第一壳体、第二壳体以及电池主体;其中,第一壳体设有空腔,用于容纳电池主体;第二壳体与第一壳体密封连接,用于密封电池主体;第一壳体的至少一侧面设有开口部,开口部设置有气体分子通过水分子不能通过的半透膜。本发明提供的锌空气电池由于设有半透膜,半透膜能够通过气体分子而阻挡水分子,从而阻挡第一壳体中的水渗出来或者空气中的水分子进入第一壳体,提高锌空气电池的安全性能,提升品质;该锌空气电池的结构简单、便于安装且使用方便。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电池技术领域,特别是涉及一种锌空气电池及电池组。
背景技术
空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质,金属作为负极活性物质,在催化剂的催化作用下发生化学反应而产生电能的化学电源。其中,锌空气电池的性能最好,并且还具有成本低、放电电压平稳以及环保等优点,因而被广泛应用于各种便携式移动电源,深受用户的喜爱。
目前,空气电池的主要结构是将负极金属锌与电解质融合在一起,要求密封性好,成本高,再或者在空气电池的壳体表面设置有透气孔,进入的空气有限,使得空气电池反应效率低,该结构容易导致电解液或者水渗透,存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种锌空气电池及电池组,以解决现有技术中锌空气电池的结构要求密封性好,成本高,或者反应效率低,容易出现安全事故的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种锌空气电池,所述锌空气电池包括第一壳体、第二壳体以及电池主体;其中,
所述第一壳体设有空腔,用于容纳所述电池主体;所述第二壳体与所述第一壳体密封连接,用于密封所述电池主体;
所述第一壳体的至少一侧面设有开口部,所述开口部设有气体分子通过水分子不能通过的半透膜。
根据本发明一实施例,所述半透膜的面积范围为所述第一壳体的所述至少一侧面面积的20%~80%。
根据本发明一实施例,所述第一壳体的所述空腔的容积范围为100ml~1000ml。
根据本发明一实施例,所述电池主体包括锌电池主体、锌负极以及透气膜,所述锌电池主体与所述锌负极连接,所述透气膜包裹着所述锌电池主体和所述锌负极。
根据本发明一实施例,所述锌电池主体为粉末状锌粒。
根据本发明一实施例,所述锌负极为金属材料。
根据本发明一实施例,所述锌负极为不锈钢,所述锌负极包括第一负极引脚和第二负极引脚,所述第一负极引脚和所述第二负极引脚自所述第一壳体伸出。
根据本发明一实施例,进一步包括第一正极引脚和第二正极引脚,所述第一正极引脚与所述第二正极引脚设置在朝向所述半透膜的侧面;
进一步包括固定装置,所述固定装置包括凹固定装置和凸固定装置,所述凹固定装置与所述凸固定装置分别设置在所述第一壳体的两侧面。
根据本发明一实施例,进一步包括电解质,所述电解质添加至所述第一壳体内,以使得所述锌空气电池进行工作。
为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:提供一种锌空气电池组,包括至少两个如上述所述的锌空气电池。
本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况,本发明提供的锌空气电池由于设有半透膜,半透膜能够通过气体分子而阻挡水分子,从而阻挡第一壳体中的水渗出来或者空气中的水分子进入第一壳体,提高锌空气电池的安全性能,提升品质;该锌空气电池的结构简单、便于安装且使用方便。
本发明提供的锌空气电池组在结构上配合阻水透气的半透膜,相对目前其他类似金属粉末电池,具有如下特点:反应效率高;可以提供长时间的、稳定的电压电流;无毒无害的环保材料;材料可以重复利用上千次、降低成本;用途广泛等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,其中:
图1是本发明提供的锌空气电池第一实施例的结构示意图;
图2是本发明提第一实施例的剖面结构示意图;
图3是本发明提第一实施例电池主体的结构示意图;
图4是本发明提供的锌空气电池第二实施例的结构示意图;
图5是本发明第二实施例的左侧面结构示意图;
图6是本发明提供的锌空气电池第三实施例的结构示意图;
图7是本发明提供的锌空气电池组一实施例的结构示意图。
具体实施方式
请一并参阅图1至图3,图1是本发明提供的锌空气电池第一实施例的结构示意图,图2是本发明提第一实施例的剖面结构示意图,图3是本发明提第一实施例电池主体的结构示意图。
如图1所示,该锌空气电池100包括第一壳体120、第二壳体140以及电池主体160。其中,第一壳体120设有空腔121,用于容纳电池主体160;第二壳体140与第一壳体120密封连接,用于密封电池主体160;第一壳体120的至少一侧面设有开口部122,开口部124设有气体分子通过水分子不能通过的半透膜124。具体的,第一壳体120中添加电解质进行化学反应时,如果液体渗出,容易发生触电事故,半透膜124用于阻挡第一壳体120的水分子渗透出来,从而提高锌空气电池100的安全性;再者,半透膜124还可以用于阻挡空气中的水分子进入第一壳体120,在锌空气电池100未添加电解质时,需要避免水分子与电池主体160发生化学反应,减少电池主体160的损耗,进而保护电池主体160。
本发明提供的锌空气电池100由于设有半透膜124,半透膜124能够通过气体分子而阻挡水分子,从而阻挡第一壳体120中的水渗出来或者空气中的水分子进入第一壳体120,提高锌空气电池100的安全性能,提升品质;该锌空气电池100的结构简单、便于安装且使用方便。
如图2所示,为了方便理解,以锌空气电池100的剖面结构示意图为示例说明。在本实施例中,锌空气电池100的横截面剖面形状为长方形,在其他实施例中,锌空气电池100的横截面形状还可以为圆形、椭圆形、跑道形、或者多边形的任意一种,其中,多边形包括三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等等,为了视觉美观效果,一般情况下,多边形为正多边形,但并不排除等腰三角形、梯形等常用形状。第一壳体120和第二壳体140是耐腐蚀材料,且是耐强酸强碱的耐腐蚀材料,第一壳体120和第二壳体140可以分离结构,通过卡扣扣合、螺纹旋接或者盖合起来,第一壳体120和第二壳体140也可以是本分离结构,通过旋接扣合起来,起到密封作用即可,并不需要做特别高要求的密封效果,节约成本。
第一壳体120的空腔121的容积范围为100ml~1000ml;进一步的,第一壳体120的空腔121的容积范围为300ml~7000ml;更进一步的,第一壳体120的空腔121的容积范围为400ml~500ml。其中,电池主体160占据第一壳体120的空腔121的容积比例为20%~70%;进一步的,电池主体160占据第一壳体120的空腔121的容积比例为30%~60%;更进一步的,电池主体160占据第一壳体120的空腔121的容积比例为40%~50%。
半透膜124是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜,对不同粒子的通过具有选择性的薄膜,或者是一种只允许离子和小分子自由通过的膜结构。本实施例中,半透膜124是能够允许空气中的氧气通过,而空气中的水分子或者其他水分子不能通过的半透膜,保持干燥环境,能够避免电池主体160不被水氧化或者提前消耗掉,从而对电池主体160起到保护作用;当第一壳体120中添加电解质进行化学反应时,避免液体渗出,从而避免发生触电事故,提高锌空气电池100的安全性。半透膜124的面积范围为第一壳体120的至少一侧面面积的20%~80%,更进一步的,半透膜124的面积范围为第一壳体120的至少一侧面面积的30%~70%,更进一步的,半透膜124的面积范围为第一壳体120的至少一侧面面积的40%~60%;本实施例中,半透膜124只设置在第一壳体120的一个侧面,且占据侧面面积的50%左右,在其他实施例中,半透膜124可以设置在第一壳体120的两个侧面、三个侧面、多个侧面甚至每个侧面,当半透膜124设置在第一壳体120的多个侧面时,其中半透膜124的成本较高,半透膜124的面积范围可以为第一壳体120的多个侧面面积的20%左右,可以节约成本。
其中,开口部122上还可以设有多个子开口123,多个子开口123不仅能将半透膜124稳定固定,且不影响空气的流通。开口部122的形状包括但不限于正方形、矩形、圆形、正六边形,子开口123的形状包括但不限于正方形、矩形、圆形、正六边形,还可以为水果型、花朵型、或者雪花型,亦或者是公司LOGE利于宣传等等。
如图3所示,电池主体160包括锌电池主体162、锌负极164以及透气膜166,锌电池主体162与锌负极164连接,透气膜166包裹着锌电池主体162和锌负极164;其中,锌电池主体165为粉末状锌粒,具体还可以为锌、铝、钒等金属合金粉末,锌负极162为金属材料,用于电气连接。具体的,锌负极162为不锈钢,尤其为耐蚀刚。不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的具有高强度化学稳定性的合金钢的总称,耐蚀刚是指在各种强腐蚀介质中耐蚀的刚。
锌负极162的形状为片状,具体为不锈钢金属片,不锈钢金属片的厚度范围为0.1mm~3.0mm,优选为1mm。不锈钢金属片的面积大于锌电池主体162的面积,其中,不锈钢金属片还包括至少一个通孔,通孔的形状包括但不限于正方形、矩形、圆形、正六边形等等,具有通孔的不锈钢金属片既不影响电气性能,同时平整性更好且可以节约原材料,节约成本。
透气膜166为耐腐蚀的透气材料,具体可以为耐腐蚀的无纺布,包裹着锌电池主体162和锌负极164,能够防止用手接触锌电池主体162造成污染,保护锌电池主体162;又能将电池主体162和锌负极164贴合在一起,增强电气性能。
在其他实施例中,第一壳体120的空腔121内可以增加硬纸壳或者干燥剂(图未示),不仅能够增加空腔121的容积避免锌电池主体162晃动,还可以起到干燥作用,保护锌电池主体162。
请一并参阅图4和图5,图4是本发明提供的锌空气电池第二实施例的结构示意图,图5是本发明第二实施例的左侧面结构示意图。
如图4所示,本实施例的结构与第一实施例的结构基本相同,不同的是,锌空气电池200的第一壳体220上进一步包括第一正极引脚223和第二正极引脚225,第一正极引脚223与第二正极引脚225设置在朝向半透膜224的侧面,即第一正极引脚223和第二正极引脚225与半透膜224在同一侧面,也可以叫为正侧面。
相同的,锌负极264包括第一负极引脚263(见图5)和第二负极引脚265(见图5),第一负极引脚263和第二负极引脚265自第一壳体220伸出,设置在背向向半透膜224的侧面,也可以叫为反侧面。并且,第一负极引脚263和第二负极引脚265与第一正极引脚223和第二正极引脚225设置在第一壳体220上的高度一致,并形成一一对应。本实施例设置两套正负极引脚,其中,一套为常用正负极,另一套为备用正负极,当常用正负极被损坏或者不能工作时,备用正负极可以进行替代,增强锌空气电池200的电气性能且延长锌空气电池200的寿命。
锌空气电池200进一步固定装置280,固定装置280设置在第一壳体220的四周或者四角,固定装置280可以与第一壳体220一体成型,也可以是单独的装置。其中,固定装置280包括凹固定装置282和凸固定装置284,凹固定装置282的内直径或者内径大于等于凸固定装置284的外直径或者外径,以使得凸固定装置284可以插入凹固定装置282进行固定。凹固定装置282与凸固定装置284分别设置在第一壳体220的两侧面,即可以为正反侧面,且设置在第一壳体220的位置一一对应。具体的,固定装置280为四套,凹固定装置282和凸固定装置284组合为一套,在其他实施例中,固定装置280还可以为六套、八套等等。
本实施例中,进一步包括电解质(图未示),电解质添加至第一壳体220内,以使得锌空气电池200进行工作,电解质为强碱性溶液,且电解质呈半固体状,具体为凝胶状,因此第一壳体220可以是耐强碱的塑料。电解质与锌空气电池200分装,使得锌空气电池200与电解质分开来,从而避免提前消耗,节约资源。
参阅图6,图6是本发明提供的锌空气电池第三实施例的结构示意图。
如图6所示,本实施例的结构与第二实施例的结构基本相同,不同的是,第一壳体320的正侧面为正六边形。
参阅图7,图7是本发明提供的锌空气电池组一实施例的结构示意图。
如图7所示,该锌空气电池组10包括至少两个如上述的锌空气电池100或者锌空气电池200,锌空气电池200通过正负电极进行电气串联连接,形成锌空气电池组10,从而可以提供更多的能源。
本发明提供的锌空气电池组10在结构上配合阻水透气的半透膜,相对目前其他类似金属粉末电池,具有如下特点:反应效率更高;可以提供长时间的、稳定的电压电流;无毒无害的环保材料;材料可以重复利用上千次、降低成本;用途广泛等等。
其中,锌空气电池100或者锌空气电池200的结构参见上文,此处不再赘述。
下面的实施例将对本发明做进一步说明。
实例1
本实例说明本发明提供的锌空气电池的制备方法。
制备了如图3所示的锌空气电池,制备方法如下:
(1)、提供锌合金金属粉末和导电剂粉末。
在本实施例中,锌合金金属粉末包括50~95重量份的锌粉、2~20重量份的铝粉以及1~20重量份的钒粉。其中,导电剂粉末的重量份为2~10,导电剂粉末为石墨、石墨烯、活性炭或者碳纳米管中的至少一种。
锌合金金属粉末和导电剂粉末的颗粒直径范围为100~300μm。进一步的,锌合金金属粉末和导电剂粉末的颗粒直径范围为120~250μm;更进一步的,锌合金金属粉末和导电剂粉末的颗粒直径范围为150~200μm;可以将锌合金金属粉末或导电剂粉末过100目筛进行筛选,由于金属合金粉末混合固化成型的金属板表面具有孔隙,与电解质的接触面积比大,增强电极放电反应,且锌合金金属粉末和导电剂粉末的颗粒越小,孔隙的面积越大,放电反应越好。
(2)、添加混合剂,将所述锌合金金属粉末和所述导电剂粉末搅拌混合,形成电池软体。
其中,混合剂的重量份不超过锌负极金属板的百分之十。为了搅拌充分,可以利用搅拌机加快速度,并且能够搅拌均匀。
(3)、添加固化剂,将所述固化剂添加至所述电池软体中,将所述电池软体固化形成电池块。
在电池软体中增加固化剂,可以快速将电池软体变成电池块。固化剂的重量份不超过锌负极金属板的百分之五。
(4)、用150-350℃的温度进行1~2小时烘干处理,形成锌负极金属板。
(5)、提供透气膜和锌负极金属片,锌负极金属片与锌负极金属板贴合连接,透气膜包裹贴合的锌负极金属板和锌负极金属片,形成锌负极电池主体。
(6)、将锌负极电池主体置于带有半透膜的第一壳体中,从而制作锌空气电池。
综上所述,本领域技术人员容易理解,本发明提供的锌空气电池由于设有半透膜,半透膜能够通过气体分子而阻挡水分子,从而阻挡第一壳体中的水渗出来或者空气中的水分子进入第一壳体,提高锌空气电池的安全性能,提升品质;该锌空气电池的结构简单、便于安装且使用方便。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种锌空气电池,其特征在于,所述锌空气电池包括第一壳体、第二壳体以及电池主体;其中,
所述第一壳体设有空腔,用于容纳所述电池主体;所述第二壳体与所述第一壳体密封连接,用于密封所述电池主体;
所述第一壳体的至少一侧面设有开口部,所述开口部设有气体分子通过水分子不能通过的半透膜。
2.根据权利要求1所述的锌空气电池,其特征在于,
所述半透膜的面积范围为所述第一壳体的所述至少一侧面面积的20%~80%。
3.根据权利要求1所述的锌空气电池,其特征在于,
所述第一壳体的所述空腔的容积范围为100ml~1000ml。
4.根据权利要求1所述的锌空气电池,其特征在于,
所述电池主体包括锌电池主体、锌负极以及透气膜,所述锌电池主体与所述锌负极连接,所述透气膜包裹着所述锌电池主体和所述锌负极。
5.根据权利要求4所述的锌空气电池,其特征在于,
所述锌电池主体为粉末状锌粒。
6.根据权利要求4所述的锌空气电池,其特征在于,
所述锌负极为金属材料。
7.根据权利要求6所述的锌空气电池,其特征在于,
所述锌负极为不锈钢,所述锌负极包括第一负极引脚和第二负极引脚,所述第一负极引脚和所述第二负极引脚自所述第一壳体伸出。
8.根据权利要求7所述的锌空气电池,其特征在于,
进一步包括第一正极引脚和第二正极引脚,所述第一正极引脚与所述第二正极引脚设置在朝向所述半透膜的侧面;
进一步包括固定装置,所述固定装置包括凹固定装置和凸固定装置,所述凹固定装置与所述凸固定装置分别设置在所述第一壳体的两侧面。
9.根据权利要求1至8任一项所述的锌空气电池,其特征在于,
进一步包括电解质,所述电解质添加至所述第一壳体内,以使得所述锌空气电池进行工作。
10.一种锌空气电池组,其特征在于,包括至少两个如权利要求1至9任一项所述的锌空气电池。
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