CN108604720B - 空气锌二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气锌二次电池，更详细地说包括：阳极；阴极；介入于所述阳极以及阴极之间的隔膜；以及收容于所述阴极与隔膜之间，并浸渍阳极的一部分的电解液；其中，所述隔膜作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，所述隔膜的通孔的大小小于在所述电解液中含有的钾离子的大小，并且在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒，以形成钾离子吸附性颗粒层。

Description

空气锌二次电池
技术领域
本发明涉及能够防止在阳极侧沉淀钾离子的空气锌二次电池。
背景技术
通常，电池是由阴极(anode)、阳极(cathode)以及接入于阴极与阳极之间的隔膜(separator)组装而成，此时位于电池两极之间的隔膜作为防止阳极与阴极直接接触导致内部短路的部件，不仅是电池内离子通道，还起到提高电池安全性的重要作用。
空气锌电池由阳极、隔膜、电解液以及阴极构成。首先，所述阳极包括：碳层；形成在碳层内部并且是金属网形状的阴极集电体；以及形成在碳层的上部的特氟隆层。
另外，在所述碳层的下部介入隔膜，并且与隔膜间隔一定距离形成所述阴极的阴极集电体。
电解液形成由锌(Zn)、氢氧化钾(KOH)和水(H2O)混合而成的浆液形态，收容于隔膜与阴极集电体之间。此时，所述电解液通过隔膜浸渍碳层的一部分，以形成汽液界面。
如上所述的结构的空气锌电池是通过当电解质溶液中含有的锌与空气中的氧气反应变成氧化锌时产生的电子移动来运行的。
如上所述的现有的空气锌电池通过隔膜的多个通孔由电解液浸渍碳层的一部分，此时在电解液中含有的氢氧化钾与空气中氧气反应而沉淀。据此，碳层被破坏，引起降低空气锌电池的性能的问题。
另外，在空气锌电池充电时，氧气向两极侧移动，此时向两极侧移动的氧气与氢氧化钾反应发生沉淀，因此存在难以将空气锌电池用作二次电池的问题。
发明内容
(要解决的问题)
本发明的为了解决如上所述的问题而提出的，本发明目的在于提供能够抑制在阳极沉淀在电解质中含有的钾离子的空气锌二次电池。
(解决问题的手段)
用于达到上述目的的本发明涉及空气锌二次电池，更详细地说包括阳极；阴极；介入于所述阳极以及阴极之间的隔膜；以及收容于所述阴极与隔膜之间，并浸渍阳极的一部分的电解液；其中，所述隔膜作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，所述隔膜的通孔的大小小于在所述电解液中含有的钾离子的大小，并且在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒，以形成钾离子吸附性颗粒层。
(发明的效果)
根据本发明，使形成有多个通孔的多孔性隔膜的通孔大小小于所述电解液中含有的钾离子大小，并且在所述隔膜表面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒来形成钾离子吸附性颗粒层，从而能够最大限度地抑制所述钾离子通过所述隔膜，因此能够稳定地阻止所述钾离子向阳极侧移动沉积。
附图说明
图1是示出本发明的空气锌电池的一示例的结构。
具体实施方法
对于本发明可施加各种变化，并且本发明可具有各种实施例，其中将特定实施例示出进行详细说明。但是这并不是要将本发明限定于特定的实施形态，而是应该理解为包括本发明的思想以及技术范围内的所有变化、同等物乃至代替物。在说明本发明时，若认为相关的公知技术的具体说明可使本发明的要点不清楚的情况下，将省略其详细说明。
在本申请中使用的用语只是为了说明特定的实施例而使用的，并不是要限定本发明。对于单数型的表述，除非在上下文中另有定义，则包括复数型的表述。在本申请中，对于“包括”或者“具有”等的用语应该理解为是要指定在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、零部件或者这些组合的存在，并不提前排除一个或者一个以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要素、零部件或者这些组合的存在或者增加的可能性。
对于第一、第二等的用语，可使用于对各种构成要素的说明中，但是不得由所述用语限定所述构成要素。所述用语只是以从一个构成要素区分另一构成为目的使用的。
本发明涉及空气锌二次电池，更详细地说包括：阳极；阴极；介入于所述阳极以及阴极之间的隔膜；以及收容于所述阴极与隔膜之间，并浸渍阳极的一部分的电解液；其中，所述隔膜作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，所述隔膜的通孔的大小小于在所述电解液中含有的钾离子的大小，并且在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒，以形成钾离子吸附性颗粒层。
通常，所述阳极部由空气扩散层、碳层以及阳极集电体构成；所述空气扩散层优选为由疏水性膜材料制成，例如特氟龙，以防止外部空气中的水分和二氧化碳流入电池内，从而延长空气锌二次电池的使用寿命；所述碳层与流入的氧气产生反应以引起以下化学式1的反应；所述阳极集电层体收集通过所述碳层的化学反应产生的电子，优选为是由诸如金属的导电材料制成的网状结构。
[化学式1]
Figure BDA0001762761910000031
在本发明中，所述阴极由阴极集电体构成，在所述阴极的阴极集电体与隔膜之间收容电解液。所述电解液形成由锌(Zn)、氢氧化钾(KOH)和水(H2O)混合而成的浆液形态，所述电解液通过隔膜浸渍所述碳层的一部分，以形成汽液界面。对于所述阴极集电体，由于收容电解液发生以下化学式2的反应，进而起到阴极的功能。
[化学式2]
Figure BDA0001762761910000032
Figure BDA0001762761910000033
在本发明中，所述隔膜介入于所述阳极部阴极之间，以防止所述阳极部与阴极之间的短路，也起到向阴极部传递氢氧化离子的作用，所述氢氧化离子是在所述阳极的碳层中通过与氧气发生化学反应产生的，因此所述隔膜优选为由具有离子渗透性的材料构成，诸如聚丙烯(Polypropylene)等。
在本发明中，所述隔膜作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，为了稳定地阻止电解液内钾离子向阳极侧移动，所述隔膜的通孔大小小于在电解液中含有的钾离子的大小，优选为在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒。
在本发明中，对于所述钾离子吸附性颗粒，只要是对钾离子具有吸附性质的颗粒，不作特别限制，优选为可以是由藻酸盐、壳聚糖、羧甲基纤维素、明胶、聚丙烯酸及这些衍生物中构成群中选择的任意一种。
另外，所述钾离子吸附性颗粒可以是表面被改性为极性珠状(bead)的树脂，对于树脂没有特别限制，但优选为热塑性树脂或热固性树脂。所述钾离子吸附性颗粒的珠状树脂表面可以通过各种方式变为极性，在本发明中，通过在珠状树脂表面接触高浓度臭氧溶液来改为极性，可优选将紫外线照射于珠状树脂表面来改性为极性。
在本发明中，对于在隔膜表面附着所述钾离子吸附性颗粒的方法，不作特别限制，但是优选为通过喷雾方式将钾离子吸附性颗粒与有机粘合剂的混合物喷洒到膜的表面上，进而能够既简单地形成钾离子吸附性颗粒层的同时能够均匀地附着钾离子。
本发明的空气锌二次电池。由于隔膜的通孔大小于钾离子大小，同时在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着有多个钾离子吸附性颗粒，因此电解液内的钾离子无法通过所述隔膜，能够稳定地隔绝所述钾离子向阳极侧移动而沉淀，据此能够防止因钾离子沉淀而破坏碳层，最终能够将空气锌二次电池的性能降低最小化。
以下，为了帮助理解本发明，将通过在图面示出的一示例进行说明。但是，在以下图面示出的一示例不过是用于说明本发明的示例，并且不得由此限定本发明的范围。
图1是示出本发明的空气锌电池的一示例的结构，且根据图1，本发明的空气锌二次电池包括：阳极、隔膜40、电解液50以及阴极集电体60。
首先，所述阳极包括：碳层20、形成在碳层20内部的金属网状阳极集电体30以及形成在碳层20上部的铁氟龙层10。
然后，在碳层20下部介入隔膜40，并且与所述隔膜40间隔一定距离以形成作为阴极的阴极集电体60。
电解液50形成由锌(Zn)、氢氧化钾(KOH)和水(H2O)混合而成的浆液形态，收容于隔膜40与阴极集电体60之间。此时，所述电解液50通过所述隔膜40浸渍碳层20的一部分，以形成汽液界面21。
本发明中，所述隔膜40作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，所述通孔的大小小于在所述电解液中含有的钾离子的大小，并且在所述隔膜40的表面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒，以形成钾离子吸附性颗粒层41，使所述钾离子无法通过所述隔膜40，进而能够稳定地阻止所述钾离子向阳极侧移动而沉淀，据此能够防止因钾离子沉淀而破坏碳层20，最终能够将空气锌二次电池的性能降低最小化。
如上所述，本发明所属技术领域的技术人员应该理解为在不改变本发明的技术思想或者必要特征的情况下，可实施其他具体形态。对于本发明的范围，相比于上述的详细说明，应由权利要求范围体现，并且从权利要求书范围的意义、范围以及同等概念导出的所有改变或者变形的形状均包括在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种空气锌二次电池，其特征在于，包括：
阳极；
阴极；
隔膜，介入于所述阳极以及阴极之间；以及
电解液，浸渍所述阴极、隔膜以及阳极的一部分；
其中，所述隔膜作为形成有多个通孔的多孔性隔膜，所述隔膜的通孔的大小小于在所述电解液中含有的钾离子的大小，并且在所述隔膜的至少一侧面均匀地附着多个钾离子吸附性颗粒，以形成钾离子吸附性颗粒层，
所述钾离子吸附性颗粒为表面被改性为极性的珠状树脂。
2.根据权利要求1所述的空气锌二次电池，其特征在于，
所述树脂为热塑性树脂或热固性树脂。
3.根据权利要求1所述的空气锌二次电池，其特征在于，
所述钾离子吸附性颗粒是通过在珠状树脂表面接触高浓度臭氧溶液改性为极性。
4.根据权利要求1所述的空气锌二次电池，其特征在于，
所述钾离子吸附性颗粒是将紫外线照射于珠状树脂表面来改性为极性。
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