CN107768780A - 一种锌空气电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锌空气电池及其制备方法；包括正极、负极和电解液,其中正极和负极为固态;并将制作得到的正极和负极，先通过叠片的方式上下叠加，中间用无尘隔膜纸隔开正负极；接着用成型PP外壳包裹，通过热熔的方式将三边融合，注入导电液，最后再进行封边制得所述锌空气电池。本发明制得的电池不仅成本低、蓄能大、绿色环保，而且大大减少了操作难度，制备工艺简单、操作成本低、过程易控制、成品率高，而且明显地提高生产效率。

Description

一种锌空气电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锌空气电池及其制备方法。

背景技术

锌空气电池，绿色环保是亮点，被誉为21世纪环保型新能源。由于锌空气电池不采用铅、汞、镉等重有毒的重金属，因此其对环境的污染较小，同时不存在爆炸危险，安全可靠。其次，成本低，蓄能大。原材料主要是空气中的氧及价格低廉的锌，故而材料易得。且它的容量比其他电池高3-10倍。单体300安时圆柱体型锌空气电池，其重量仅为0.75kg，而同样的铅蓄电池的重量则大于8kg。与当前主流锂汽车电池相比，资料显示，180公斤重量锌空气电池能够产生44千瓦时电量，续航能力350公里，而同样电量的锂电池重量要达360公斤。最后，充电方面优势突出。多数蓄能电池存在频繁充电的缺点，特别是铅酸蓄电池不能长期深度放电，充电时间长给客户带来诸多不便。而部分型号的锌空气电池并不是蓄电池，而是利用锌和空气直接发电。简单地说，在电池用完后，用户只需更换封装好的锌粉，就可以重复使用，更换的时间在3分钟内即可完成。

但是锌空气电池受技术原因生产工艺复杂、效率低下，未能实现产业化，故而锌空气电池一直只作为一个概念。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种锌空气电池。

本发明的目的之二在于提供所述锌空气电池的制备方法，该制备方法工艺简单、生产成本低，容易实现产业化，且材料易得环保、价格低廉及操作简便。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液，所述正极和负极为固态。正负极片为固态，更加方便的生产操作，避免了在操作过程中造成不便，更容易实现产业化 。

较佳地，所述正极包括按质量百分比计算的如下原料：

聚四氟乙烯（PTFE） 20-25%

导电剂 15-25%

活性物质 52-65%；

所述活性物质为锰酸锂、钴酸锂、碳、二氧化锰材料中的一种或几种组合物。

其中，锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点；不仅抑制电池极化、减少热效应、提高倍率性能，而且降低电池内阻，增加电池的循环寿命；提高活性物质与集流体的粘附力。

钴酸锂不仅具有抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；而且降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；从而提高一致性，增加电池的循环寿命；同时提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本。

碳具有高比表面积，不及具有吸附作用，同时也是具有催化剂的作用，从而提高电流密度。

PTFE乳液为聚四氟乙烯聚合后的分散液浓缩至聚四氟乙烯固体含量为60%左右（重量），并以非离子型表面活性剂稳定的水分散液。有突出的耐热、耐寒及耐摩性，还有优异的电绝缘性，且不受温度与频率的影响，此外，尚有不粘着、不吸水、不燃烧等特点；和浆不团聚，流动性好，质量稳定，极片成型效果更好，更有利于生产控制。对提高电池的电压平台和大电流放电的性能有明显效果。

其中，导电剂可选乙炔黑、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨烯等。这些导电剂不仅粒径小，比表面积特别大，导电性能特别好，而且在电池中它可以起到吸液保液的作用。

较佳地，所述正极由如下方法制备而得：

准备正极浆料：将上述量的聚四氟乙烯溶解在水中，然后加入所述导电剂使其充分混匀，最后加入所述活性物质，混合搅拌均匀后制成正极浆料；

涂布正极片：将准备好的正极浆料涂布在0.1mm镍网的上下表面，并用防水铁氟龙跟无尘纸两面隔绝，辊压平后于150℃-200℃下烘烤，即得所述正极。该温度在最大限度保证正极浆料物化性质的同时，将正极浆料由液态转化为固态。

较佳地，所述辊压平后于150℃-200℃下烘烤20-60分钟。

较佳地，所述负极包括按质量百分比计算的：羧甲基纤维素钠10-25%和锌90-75%。其中锌为锌粉或氧化锌，羧甲基纤维素钠的取代度大于0.8。

较佳地，所述负极由如下方法制备而得：

准备负极浆料：所述量的羧甲基纤维素钠溶解在水中，然后加入所述量的锌粉，混合搅拌均匀后制成负极浆料；其中溶解羧甲基纤维素钠时，要均匀撒放、并不断搅拌，目的是“为了防止羧甲基纤维素钠与水相遇时，发生结团、结块、降低羧甲基纤维素钠溶解量的问题”，并提高羧甲基纤维素钠的溶解速度。当羧甲基纤维素钠在水中均匀分散、没有明显的大的团块状物体存在时，便可以停止搅拌，让羧甲基纤维素钠和水在静置的状态下相互渗透、相互融合。

涂布负极片：将准备好的负极浆料涂布在50µm铜箔的上下表面，并于110℃-150℃下烘烤，即得所述的负极。该温度在最大限度保证负极浆料物化性质的同时，将负极浆料由液态转化为固态，温度过高会降低羧甲基纤维素钠的黏结性。

较佳地，将准备好的负极浆料涂布在50µm铜箔的上下表面，并于110℃-150℃下烘烤10-30分钟，即得所述的负极。

较佳地，所述电解液由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1混合均匀制得。

较佳地，所述氢氧化钾与水的混合温度为25℃±5℃，混合时间为30-60分钟。

锌空气电池的制备方法，将上述制作完成的正极和负极，先通过叠片的方式上下叠加，中间用无尘隔膜纸隔开正负极；接着用成型PP外壳包裹，通过热熔的方式将三边融合，注入导电液，最后再进行封边即制得所述锌空气电池。

本发明中，正负极片为固态，更容易实现产业化，且材料易得环保、价格低廉及操作简便。本发明的锌空气电池，其电池负极片不再是游离状态，在工艺上调整负极片呈固态，更加方便的生产操作，避免了在操作过程中造成不便。采用本发明工艺生产的锌空气电池，依次将正负极材料有效粘附在正负极基体，在生产过程中，固态正极片、负极片，大大减少了操作难度制备工艺简单、操作成本低，过程易控制、成品率高。而且平均每人每天可生产500-800pcs支2安时锌空气电池；相比于现有技术，本发明工艺流程时间短，明显地提高生产效率。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施1

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；所述正极和负极为固态。

正极包括聚四氟乙烯、导电剂和碳，其质量比为：聚四氟乙烯：导电剂：碳为23:18:59。

正极制备：

准备正极浆料：将上述量的聚四氟乙烯溶解在水中，然后加入所述导电剂使其充分混匀，最后加入所述活性物质，混合搅拌均匀后制成正极浆料；

涂布正极片：将准备好的正极浆料涂布在0.1mm镍网的上下表面，并用防水铁氟龙跟无尘纸两面隔绝，辊压平后于150℃下烘烤50分钟，即得所述正极。

负极包括羧甲基纤维素钠和锌，其中按质量比计算，羧甲基纤维素钠：锌为15:85。

负极制备：

准备负极浆料：所述量的羧甲基纤维素钠溶解在水中，然后加入所述量的锌粉，混合搅拌均匀后制成负极浆料；

涂布负极片：将准备好的负极浆料涂布在50µm铜箔的上下表面，并于120℃下烘烤20分钟，即得所述的负极。

电解液：由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1，并于25℃±5℃下烘烤40分钟混合均匀制得。

所述锌空气电池的制备方法，将上述制作完成的正极和负极，先通过叠片的方式上下叠加，中间用无尘隔膜纸隔开正负极；接着用成型PP外壳包裹，通过热熔的方式将三边融合，注入导电液，最后再进行封边即制得所述锌空气电池。

实施2

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；所述正极和负极为固态。

正极包括聚四氟乙烯、导电剂和活性物质（锰酸锂和碳），其质量比为：聚四氟乙烯：导电剂：活性物质（锰酸锂和碳）为25:15:60。

正极制备：制备方法同实施例1，区别在于，辊压平后于200℃下烘烤20分钟。

负极包括羧甲基纤维素钠和锌，其中按质量比计算，羧甲基纤维素钠：锌为10:90。

负极制备：制备方法同实施例1，区别在于，涂布负后，并于110℃下烘烤30分钟，即得所述的负极。

电解液：由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1，并于25℃±5℃下烘烤30分钟混合均匀制得。

所述锌空气电池的制备方法，制备方法同实施例1。

实施3

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；所述正极和负极为固态。

正极包括聚四氟乙烯、导电剂和活性物质（锰酸锂和二氧化锰），其质量比为：聚四氟乙烯：导电剂：活性物质（锰酸锂和二氧化锰）为25:20:55。

正极制备：制备方法同实施例1，区别在于，辊压平后于150℃下烘烤60分钟。

负极包括羧甲基纤维素钠和锌，其中按质量比计算，羧甲基纤维素钠：锌为25:75。

负极制备：制备方法同实施例1，区别在于，涂布负后，并于110℃下烘烤30分钟，即得所述的负极。

电解液：由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1，并于25℃±5℃下烘烤45分钟混合均匀制得。

所述锌空气电池的制备方法，制备方法同实施例1。

实施4

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；所述正极和负极为固态。

正极包括聚四氟乙烯、导电剂和活性物质（钴酸锂、碳和二氧化锰），其质量比为：聚四氟乙烯：导电剂：活性物质（钴酸锂、碳和二氧化锰）为22:16:62。

正极制备：制备方法同实施例1，区别在于，辊压平后于180℃下烘烤35分钟。

负极包括羧甲基纤维素钠和锌，其中按质量比计算，羧甲基纤维素钠：锌为12:88。

负极制备：制备方法同实施例1，区别在于，涂布负后，并于125℃下烘烤25分钟，即得所述的负极。

电解液：由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1，并于25℃±5℃下烘烤50分钟混合均匀制得。

所述锌空气电池的制备方法，制备方法同实施例1。

实施5

一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；所述正极和负极为固态。

正极包括聚四氟乙烯、导电剂和二氧化锰，其质量比为：聚四氟乙烯：导电剂：二氧化锰为24:16:60。

正极制备：制备方法同实施例1，区别在于，辊压平后于170℃下烘烤45分钟。

负极包括羧甲基纤维素钠和锌，其中按质量比计算，羧甲基纤维素钠：锌为21:79。

负极制备：制备方法同实施例1，区别在于，涂布负后，并于115℃下烘烤12分钟，即得所述的负极。

电解液：由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1，并于25℃±5℃下烘烤35分钟混合均匀制得。

所述锌空气电池的制备方法，制备方法同实施例1。

上述是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、工艺等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种锌空气电池，包括正极、负极和电解液；其特征在于：所述正极和负极为固态。

2.根据权利要求1所述锌空气电池，其特征在于：所述正极包括按质量百分比计算的如下原料：

聚四氟乙烯 20-25%

导电剂 15-25%

活性物质 52-65%；

所述活性物质为锰酸锂、钴酸锂、碳、二氧化锰材料中的一种或几种组合物。

3.根据权利要求2所述锌空气电池，其特征在于：所述正极由如下方法制备而得：

准备正极浆料：将上述量的聚四氟乙烯溶解在水中，然后加入所述导电剂使其充分混匀，最后加入所述活性物质，混合搅拌均匀后制成正极浆料；

涂布正极片：将准备好的正极浆料涂布在0.1mm镍网的上下表面，并用防水铁氟龙跟无尘纸两面隔绝，辊压平后于150℃-200℃下烘烤，即得所述正极。

4.根据权利要求3所述锌空气电池，其特征在于：所述辊压平后于150℃-200℃下烘烤20-60分钟。

5.根据权利要求1所述锌空气电池，其特征在于：所述负极包括按质量百分比计算的：羧甲基纤维素钠10-25%和锌90-75%。

6.根据权利要求4所述锌空气电池，其特征在于：所述负极由如下方法制备而得：

准备负极浆料：所述量的羧甲基纤维素钠溶解在水中，然后加入所述量的锌粉，混合搅拌均匀后制成负极浆料；

涂布负极片：将准备好的负极浆料涂布在50µm铜箔的上下表面，并于110℃-150℃下烘烤，即得所述的负极。

7.根据权利要求6所述锌空气电池，其特征在于：将准备好的负极浆料涂布在50µm铜箔的上下表面，并于110℃-150℃下烘烤10-30分钟，即得所述的负极。

8.根据权利要求1所述锌空气电池，其特征在于：所述电解液由氢氧化钾与水按照重量比0.1:1混合均匀制得。

9.根据权利要求8所述锌空气电池，其特征在于：所述氢氧化钾与水的混合温度为25℃±5℃，混合时间为30-60分钟。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述锌空气电池的制备方法，其特征在于：将上述制作完成的正极和负极，先通过叠片的方式上下叠加，中间用无尘隔膜纸隔开正负极；接着用成型PP外壳包裹，通过热熔的方式将三边融合，注入导电液，最后再进行封边即制得所述锌空气电池。