CN107579312B - 一种具有卷绕式结构的锌空电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有卷绕式结构的锌空电池，包括卷绕式条形单元，上端正极密封盖，下端负极密封盖和圆柱形电池外壳，其中，卷绕式条形单元由集流网、锌电极、负极隔膜、正极隔膜、空气电极和通风管阵组成，卷绕式条形单元末端的空气电极向上伸出一根金属条，为正极引线；集流网向下伸出一根金属条，为负极引线；把卷绕式条形单元放入圆柱形电池外壳中，注入电解液将正极隔膜完全润湿，然后把正极引线与上端正极密封盖焊接在一起，负极引线与下端负极密封盖焊接在一起，将上端正极密封盖、下端负极密封盖和圆柱形电池外壳装配起来，保证电池密封性完好；本发明结构紧凑，空间合理，安全防护性更强，提高电池的能量密度，使电池组集成度更高。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种具有卷绕式结构的锌空电池。
背景技术
现有的锌空电池普遍采用口袋式设计，即空气电极在外侧，锌电极涂抹在集流体上且被隔膜包裹着放在电池内部，这种设计的电池一般都是厚度为几厘米的长方体，锌电极的反应面积为锌电极和空气电极的正对面积。口袋式锌空电池的能量密度一般为150wh/kg，远低于理论值。造成这种情况的部分原因是，电池结构设计过于简单，内部空间的利用率远远不够。而且，由于锌空电池的空气电极需要源源不断的氧气，所以口袋式电池成组时必须在每两个单体电池之间留有足够的空间，保证空气的流动和交换，这样电池组的集成度就很低，能量密度难以提升。另外，口袋式电池的空气电极直接裸露在外，单体电池的抗冲击、抗破坏的能力弱，所以亟需一种结构设计更为紧凑，空间利用更加合理，安全防护性更强的电池结构设计方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构更为紧凑，空间利用更加合理，安全防护性更强的锌空电池结构设计方案，这种设计能够在现有技术水平上提高电池的能量密度，也能够使电池组集成度更高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有卷绕式结构的锌空电池，包括卷绕式条形单元，上端正极密封盖，下端负极密封盖和圆柱形电池外壳。
其中卷绕式条形单元由集流网、锌电极、负极隔膜、正极隔膜、空气电极、通风管阵组成。集流网一般为15目左右的金属网，将长宽分别为10厘米和2厘米的集流网铺在一张负极隔膜上，负极隔膜长宽分别为11厘米和3厘米。在集流网上均匀涂抹、压合上厚度为1毫米的锌膏，然后在铺上一层负极隔膜。用热塑封机将两层负极隔膜的四边封起来，同时在一侧留出一小段集流网，这样就把锌电极封装完毕。通风管为管径为2mm的中空圆柱形塑料管，侧壁上均匀分布孔洞，孔洞镂空管壁，管长为2厘米。通风管之间以2毫米的间隔平行排列，用棉线连接起来，形成通风管阵。将长为10厘米的通风管阵平铺，覆盖一层等面积的正极隔膜。再把封装好的锌电极平铺在正极隔膜上，再覆盖上一层正极隔膜。此时，同样用热封塑机将两个正极隔膜的四边封好，在同样一边留出一小段集流网。在上面铺上长宽分别为11厘米和3厘米的空气电极，然后把通风管往上卷，带着锌电极和空气电极卷成圆柱形的一卷。这样，卷绕式条形单元就成型了。此时，通风管阵将空气电极的外侧撑起一个孔隙层，这一层可以为空气电极提供所需的氧气，且帮助电池在反应时散热。
卷绕式条形单元末端的空气电极向上伸出一根金属条，为正极引线；集流网向下伸出一根金属条，为负极引线。把卷绕式条形单元放入圆柱形电池外壳中，注入电解液将正极隔膜完全润湿，然后把正极引线与上端正极密封盖焊接在一起，负极引线与下端负极密封盖焊接在一起，将上端正极密封盖、下端负极密封盖和圆柱形电池外壳装配起来，保证电池密封性完好。圆柱形电池外壳和上下密封盖板均为不锈钢材质，且表面每隔100微米有直径为10微米的孔贯穿盖板，用来沟通电池内外的空气，保证电池反应所需的氧气。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过对电池结构进行优化，提高了电池的重量比能量和体积比能量，在不改变电池技术的条件下，提升了电池性能。
(2)本发明通过对电池整体结构重新设计，把锌电极、隔膜和空气电极进行模块化组合，使得电池组装难度降低，生产效率得到提升。
(3)本发明把锌电极、隔膜、空气电极这些脆弱部件全部放入电池内部，外部用不锈钢外壳包裹，更好的保护了电池内部组件，提高了电池的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明中上密封盖的结构示意图；
图3是本发明中圆柱形壳体的结构示意图；
图4是本发明中下密封盖的结构示意图；
图5为本发明中卷绕式条形单元的结构示意图，其中，1为空气电极，2为第一正极隔膜，3为第一负极隔膜，4为锌膏，5为集流网，6为第二负极隔膜，7为第二正极隔膜，8为通风管；
图6为本发明中第一种实施方式的结构示意图；
图7为本发明中第二种实施方式的具有卷绕式结构的锌空电池可将多个单体电池通过首尾相接的方式成组的结构示意图；
图8为本发明中第二种实施方式的成组电池可包装在一个长的圆柱形桶内结构示意图(正面)；
图9为本发明中第二种实施方式的成组电池可包装在一个长的圆柱形桶内结构示意图(侧面)；
图10为具有卷绕式结构的锌空电池通过把多个卷绕式单元放入一个底座的多个方格内来实现成组的示意图。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本发明所述的一种具有卷绕式结构的锌空电池，包括上端正极密封盖、圆柱形电池壳体、下端负极密封盖和条形卷绕式单元。如图2，上端正极密封盖为中间有一突起的圆片状结构，均匀分布着微米孔径的孔洞用来透气，边缘与圆柱形电池壳体用胶粘在一起，且与条形卷绕式单元的正极延长段焊接在一起，作为电池的正极。如图3，圆柱形电池壳体为中空圆柱形结构的电池壳，均匀分布着微米孔径的孔洞用来透气，上端、下端分别与上端正极密封、下端负极密封盖用胶粘在一起以保证密封完好，中空部分防止条形卷绕式单元。如图4，下端负极密封盖为圆片状结构，均匀分布着微米孔径的孔洞用来透气，边缘与圆柱形电池壳体用胶粘在一起，且与条形卷绕式单元的负极延长段焊接在一起，作为电池的负极。如图5，条形卷绕式单元为多层复合的条状单元卷绕而成，条状单元由空气电极1、第一正极隔膜2、第一负极隔膜3、锌膏4、集流网5、第二负极隔膜6、第二正极隔膜7复合而成，其中第一负极隔膜3、第二负极隔膜6和锌膏均饱含电解液。在卷绕时，须将通风管8卷在空气电极1一侧，这样可以把各层之间留出2毫米的空隙，用于流通空气。在实际应用中，空气电极1可以设计成一面或者双面。
如图6所示，具有卷绕式结构的锌空电池的直径在5厘米到12厘米的范围，高度在1厘米到3厘米的范围。实际应用中，卷绕式单元的直径和高度可根据实际需求调整，比如直径为5厘米、高度为3厘米的具有卷绕式结构的锌空电池为圆柱形，体积较小；而直径为12厘米、高度为2厘米的具有卷绕式结构的锌空电池近似圆片状，体积较大。体积越大的电池功率越高，但便携型就会降低。实际应用中，用户可根据自己的需求，选择不同大小的电池。
如图7、图8、图9所示，具有卷绕式结构的锌空电池可将多个单体电池通过首尾相接的方式成组。如图8、图9所示，成组电池可包装在一个长的圆柱形桶内，桶的两侧安装通风装置，以保证所有电池的氧气供应以及散热。在实际应用中，可根据用户对于电池功率和容量的需求，选择成组电池的数量。同时，电池消耗完以后，用户可很方便的自行更换电池。而锌空电池是绿色无污染的，所以旧电池可以就地抛弃。
如图10所示，具有卷绕式结构的锌空电池通过把多个卷绕式单元放入一个底座的多个方格内来实现成组。实际应用中，我们可以设计一个具有多个方格的盒子，比如4个。然后把每个方格都放入一个卷绕式单元，方格内加入少量电解液，所有的卷绕式单元通过串联或者并联的方式连接起来，这样就形成了一个电池组。这种设计的好处在于模块化较强，组装方便，且可以根据用户的需求定制不同的电池组，可同时满足小功率和大功率的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (1)
1.一种具有卷绕式结构的锌空电池，其特征在于：包括卷绕式条形单元，上端正极密封盖，下端负极密封盖和圆柱形电池外壳，其中：
卷绕式条形单元由集流网、锌电极、负极隔膜、正极隔膜、空气电极和通风管阵组成，集流网为15目的金属网，将长宽分别为10厘米和2厘米的集流网铺在一张负极隔膜上，负极隔膜长宽分别为11厘米和3厘米；在集流网上均匀涂抹、压合上厚度为1毫米的锌膏，然后再铺上一层负极隔膜；用热塑封机将两层负极隔膜的四边封起来，同时在一侧留出一小段集流网，这样就把锌电极封装完毕；通风管为管径为2mm的中空圆柱形塑料管，侧壁上均匀分布孔洞，孔洞镂空管壁，管长为2厘米；通风管之间以2毫米的间隔平行排列，用棉线连接起来，形成通风管阵；将长为10厘米的通风管阵平铺，覆盖一层等面积的正极隔膜；再把封装好的锌电极平铺在正极隔膜上，再覆盖上一层正极隔膜；此时，同样用热封塑机将两个正极隔膜的四边封好，再 同样一边留出一小段集流网；在上面铺上长宽分别为11厘米和3厘米的空气电极，然后把通风管往上卷，带着锌电极和空气电极卷成圆柱形的一卷；这样，卷绕式条形单元就成型了；此时，通风管阵将空气电极的外侧撑起一个孔隙层，这一层可以为空气电极提供所需的氧气，且帮助电池在反应时散热；
卷绕式条形单元末端的空气电极向上伸出一根金属条，为正极引线；集流网向下伸出一根金属条，为负极引线；把卷绕式条形单元放入圆柱形电池外壳中，注入电解液将正极隔膜完全润湿，然后把正极引线与上端正极密封盖焊接在一起，负极引线与下端负极密封盖焊接在一起，将上端正极密封盖、下端负极密封盖和圆柱形电池外壳装配起来，保证电池密封性完好；圆柱形电池外壳和上下密封盖板均为不锈钢材质，且表面每隔100微米有直径为10微米的孔贯穿盖板，用来沟通电池内外的空气，保证电池反应所需的氧气。
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