CN111755778A - 空气电池及电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种空气电池及电池组件,涉及电池的技术领域,空气电池包括上正极壳、下正极壳、负极壳、上正极片以及下正极片;负极壳呈环形;上正极壳、负极壳以及下正极壳依次叠加设置以形成容纳腔;上正极壳和下正极壳相对于负极壳对称设置,且上正极壳和下正极壳分别与负极壳固定连接;上正极片和下正极片分别与上正极壳和下正极壳抵接;容纳腔内设置有负极集流体和负极反应物。在使用过程中,正极的反应面积为上正极片和下正极片的面积之和,与同等尺寸的锌空气电池相比,正极的反应面积增大一倍;从而增大了电池放电功率。与相同电压及功率密度的现有空气电池相比,按照该设计生产的电池包成本更低廉,性能更可靠,适合大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其是涉及一种空气电池及电池组件。
背景技术
锌空气电池是用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质,以锌为负极,以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池,又称锌氧电池。锌空气电池的正极反应物是来自空气中的氧气,不需要存储在电池中,负极反应物是锌粉,因此锌空气电池具备能量密度高,放电电压平稳,安全性高,价格低廉环境友好等优点,其作为新型的便携电源及储能装置一直是电化学领域研究关注的重点。
在现有技术中,方形的锌空气电池的一面为正极结构,另一面为负极结构。但是,由于正极反应面积较小,单个锌空气电池的电流多为1-2A,单个锌空气电池放电能量多为20Wh,放电功率较低。而为了提高放电功率,一般是通过多个单体电池串并联形成一个大电池包,这样会大大增加制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供空气电池及电池组件,以缓解现有技术中存在的方形的锌空气电池的放电功率较低。而为了提高放电功率,一般是通过多个单体电池串并联形成一个大电池包,形成大电池包会大大增加制造成本的技术问题。
本发明提供的空气电池,包括:上正极壳、下正极壳、负极壳、上正极片以及下正极片;所述负极壳呈环形;所述上正极壳与所述负极壳的一侧开口处固定连接,所述下正极壳与所述负极壳的另一侧开口处固定连接;所述上正极壳、所述下正极壳以及所述负极壳形成容纳腔;所述上正极壳和所述下正极壳相对于所述负极壳对称设置,且所述上正极壳和所述下正极壳分别与所述负极壳固定连接;所述上正极片与所述上正极壳靠近所述下正极壳的一面抵接,所述下正极片与所述下正极壳靠近所述上正极壳的一面抵接;所述容纳腔内设置有负极集流体和负极反应物。
进一步的,所述上正极片和所述下正极片上分别设置有一个正极极耳;两个所述正极极耳分别与所述上正极片和所述下正极片焊接;
所述负极集流体上设置有负极极耳,所述负极极耳与所述负极集流体焊接。
进一步的,所述空气电池还包括上隔膜和下隔膜;所述上隔膜设置在所述上正极片和所述负极反应物之间;所述下隔膜设置在所述下正极片和所述负极反应物之间。
进一步的,所述负极壳的靠近所述上正极壳的一面设置有第一凸起,靠近所述下正极壳的一面设置有第二凸起;所述第一凸起与所述上隔膜抵接,所述第二凸起与所述下隔膜抵接。
进一步的,所述上正极壳和所述下正极壳上分别设置有多个透气孔。
进一步的,所述上正极壳和所述下正极壳的内部均设置有加强筋。
进一步的,所述负极壳与所述上正极片的抵接处以及所述负极壳与所述下正极片的抵接处分别设置有密封胶;所述上正极片与所述上正极壳的抵接处的边沿设置有密封胶,所述下正极片与所述下正极壳的抵接处的边沿设置有密封胶。
进一步的,所述密封胶为耐碱性材质。
进一步的,所述上正极壳、所述下正极壳以及所述负极壳均为塑料材质。
进一步的,本发明还提供了一种电池组件,所述电池组件包括多个上述的空气电池;多个所述空气电池串联或者并联设置。
本发明提供的空气电池,在使用过程中,正极的反应面积为上正极片和下正极片的面积之和,与同等尺寸的锌空气电池相比,正极的反应面积增大一倍;从而增大了电池放电功率。
由上可知,上述空气电池,大大提高了单个电池放电电流和放电能量。并且,与相同电压及功率密度的现有空气电池相比,按照该设计生产的电池包成本更低廉,性能更可靠,适合大规模工业生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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。
图1为本发明实施例提供的空气电池的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的空气电池的截面图;
图3为本发明实施例提供的空气电池的截面的爆炸图;
图4为本发明实施例提供上正极片的结构示意图;
图5为本发明实施例提供负极集流体的结构示意图。
图标:1-上正极壳;2-下正极壳;3-负极壳;4-上正极片;5-下正极片;6-负极集流体;7-负极反应物;8-上隔膜;9-下隔膜;10-第一凸起;11-第二凸起;12-透气孔;13-加强筋;14-密封胶;15-正极极耳;16-负极极耳。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的空气电池的结构示意图;图2为本发明实施例提供的空气电池的截面图;图3为本发明实施例提供的空气电池的截面的爆炸图;如图1-图3所示,本发明提供实施例的空气电池,包括:上正极壳1、下正极壳2、负极壳3、上正极片4以及下正极片5;负极壳3呈环形;上正极壳1与负极壳3的一侧开口处固定连接,下正极壳2与负极壳3的另一侧开口处固定连接;上正极壳1、下正极壳2以及负极壳3形成容纳腔;上正极壳1和下正极壳2相对于负极壳3对称设置,且上正极壳1和下正极壳2分别与负极壳3固定连接;上正极片4与上正极壳1靠近下正极壳2的一面抵接,下正极片5与下正极壳2靠近上正极壳1的一面抵接;容纳腔内设置有负极集流体6和负极反应物7。
其中,负极反应物7可以为锌膏。锌膏由60%-70%的锌粉、1%-2%的凝胶剂、少量添加剂及30%-40%的电解液混合真空搅拌得到;其中凝胶剂为聚丙烯酸钠及聚丙烯酸的混合物,添加剂为磷酸酯类表面活性剂、聚氧乙烯醚类表面活性剂、氢氧化铟、聚苯胺中的两种及两种以上物质。有机添加剂和无机添加剂的主要作用是为了抑制锌粉的自反应产氢气,进而延长方形大电池的贮存寿命。
上正极片4和下正极片5均由正极粉料、金属网(镍网或镀镍不锈钢网等)以及PTFE(聚四氟乙)膜辊压制成;其中正极粉料由二氧化锰,活性炭,石墨,炭黑,PTFE乳液湿法混合后抽滤烘干得到,正极粉料过辊辊压成触媒片,触媒片与金属网及PTFE膜依次辊压得到成卷的正极卷料,成卷的正极卷料经过冲切即得。
正极片厚度需控制在0.30-0.80mm,最佳厚度范围是0.40-0.50mm。
为了保证上正极壳1和下正极壳2的强度,且最大限度减少电池体积提高电池能量密度,正极壳厚度最佳范围为1.0-2.0mm。
具体的,采用上述结构的空气电池,单个空气电池开路电压1.4V左右,在25℃的条件下,3A恒流放电平均放电电压为1.05V,放电能量可达42Wh。
上正极壳1和下正极壳2的投影形状为矩形,负极壳3呈方环形状。
本发明提供的空气电池,包括:上正极壳1、下正极壳2、负极壳3、上正极片4以及下正极片5;负极壳3呈环形;上正极壳1、负极壳3以及下正极壳2依次叠加设置以形成容纳腔;上正极壳1和下正极壳2相对于负极壳3对称设置,且上正极壳1和下正极壳2分别与负极壳3固定连接;上正极片4和下正极片5分别与上正极壳1和下正极壳2抵接;容纳腔内设置有负极集流体6和负极反应物7。在使用过程中,正极的反应面积为上正极片4和下正极片5的面积之和,与同等尺寸的锌空气电池相比,正极的反应面积增大一倍;从而增大了电池放电功率。
由上可知,上述空气电池,大大提高了单个电池放电电流和放电能量。并且,与相同电压及功率密度的现有空气电池相比,按照该设计生产的电池包成本更低廉,性能更可靠,适合大规模工业生产。
图4为本发明实施例提供上正极片的结构示意图;图5为本发明实施例提供负极集流体的结构示意图;如图4和图5所示,在上述实施例的基础上,进一步的,上正极片4和下正极片5上分别设置有一个正极极耳15;两个正极极耳15分别与上正极片4和下正极片5焊接;负极集流体6上设置有负极极耳16,负极极耳16与负极集流体6焊接。
另外,空气电池包括外壳,外壳包括上正极壳1、下正极壳2以及负极壳3。正极极耳15与外壳的接触位置涂有密封胶水,负极极耳16与外壳接触的位置涂有密封胶水。这样能够避免电解液从接触位置泄漏。
具体的,上正极片4与正极极耳15通过超声或者点焊等焊接方式固定在一起;下正极片5与正极极耳15通过超声或者点焊等焊接方式固定在一起;负极集流体6与负极极耳16通过超声点焊等焊接方式固定在一起。
本实施例中,焊接的连接方式能够令装配更加简单,适合大规模工业生产,且制得的空气电池的强度更好。
如图2和图3所示,在上述实施例的基础上,进一步的,空气电池还包括上隔膜8和下隔膜9;上隔膜8设置在上正极片4和负极反应物7之间;下隔膜9设置在下正极片5和负极反应物7之间。
具体的,上正极壳1和下正极壳2上分别设置有上凹槽和下凹槽;上凹槽用于容纳上隔膜8和上正极片4;下凹槽用于容纳下隔膜9和下正极片5。
本实施例中,上隔膜8和下隔膜9分别用于隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过,让电解液中的离子在正负极之间自由通过。
如图2和图3所示,在上述实施例的基础上,进一步的,负极壳3的靠近上正极壳1的一面设置有第一凸起10,靠近下正极壳2的一面设置有第二凸起11;第一凸起10与上隔膜8抵接,第二凸起11与下隔膜9抵接。
其中,较佳的,第一凸起10将上隔膜8紧压在上正极片4上,并将上正极片4紧压在上正极壳1上。同理,第二凸起11将下隔膜9紧压在下正极片5上,并将下正极片5紧压在下正极壳2上。
具体的,第一凸起10和第二凸起11的宽度均为1-7mm。较佳的,为尽可能提高上正极片4和下正极片5的利用率及保证密封效果,第一凸起10和第二凸起11的宽度优选2-4mm。其中,第一凸起10的宽度为第一凸起10靠近上正极板的一端至靠近负极反应物7的一端之间的距离,第二凸起11的宽度同理。
本实施例中,第一凸起10的设置能够令上隔膜8和上正极片4之间、上正极片4和上正极壳1之间更好的接触;从而提高上正极片4利用率及保证密封效果。第二凸起11的设置能够令下隔膜9和下正极片5之间、下正极片5和下正极壳2之间更好的接触;从而提高下正极片5利用率及保证密封效果。
如图1所示,在上述实施例的基础上,进一步的,上正极壳1和下正极壳2上分别设置有多个透气孔12。
较佳的,多个透气孔12均匀间隔设置。
具体的,上正极壳1和下正极壳2上分别均匀分布有200-400个直径为1.0mm-3.0mm的透气孔12。该透气孔12的数量及尺寸设计既可以保证有充足的空气可以均匀进入发生反应又避免了上正极壳1和下正极壳2由于开孔面积过大而机械强度不足的问题。
本实施例中,多个透气孔12的设置能够令上正极片4和下正极片5更好的接触到空气中的氧气。
如图2和图3所示,在上述实施例的基础上,进一步的,上正极壳1和下正极壳2的内部均设置有加强筋13。
本实施例中,加强筋13的设置能够增加上正极壳1和下正极壳2的强度,从而避免空气电池因内压升高引起的鼓胀变形。
如图2和图3所示,在上述实施例的基础上,进一步的,负极壳3与上正极片4的抵接处以及负极壳3与下正极片5的抵接处分别设置有密封胶14;上正极片4与上正极壳1的抵接处的边沿设置有密封胶14,下正极片5与下正极壳2的抵接处的边沿设置有密封胶14。
进一步的,密封胶14为耐碱性材质。例如:耐碱性环氧树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)热熔胶、聚氨酯、耐高温尼龙热熔胶等耐强碱胶水。
本实施例中,密封胶14的设置能够提高密封性能,避免漏液情况的产生;另外,耐碱性材质的密封胶14能够延长密封胶14的使用寿命,从而提高空气电池的质量。
在上述实施例的基础上,进一步的,上正极壳1、下正极壳2以及负极壳3均为塑料材质。
其中,上正极壳1、下正极壳2以及负极壳3可以为尼龙、聚丙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯等塑料中的一种。
本实施例中,与传统扣式电池采用的金属外壳相比,塑料材质可以避免电池在存储和放电过程中,负极锌浆与金属外壳接触发生腐蚀反应产气的问题,且塑料外壳的制造成本更低。
上述空气电池的组装步骤如下:
先在上正极壳1和下正极壳2分别与上正极片4和下正极片5的接触的边缘位置涂上密封胶14;随后将含正极极耳15的上正极片4和下正极片5(上隔膜8和下隔膜9分别粘在上正极片4和下正极片5上)分别放入上正极壳1和下正极壳2中;然后将负极壳3的一侧边缘位置涂上密封胶14并与上正极壳1组装在一起并压紧;接着放入含负极极耳16的负极集流体6,并将锌膏放入上述组装好的正负极壳3内并摊平;将负极壳3的另一侧边缘涂上密封胶14,再将下正极壳2与之组装在一起并压紧,最后在正极极耳15和负极极耳16的位置涂上密封胶水。
在上述实施例的基础上,进一步的,本发明实施例还提供了一种电池组件,电池组件包括多个上述的空气电池;多个空气电池串联或者并联设置。
本实施例中,在使用过程中,由于空气电池的正极的反应面积为上正极片4和下正极片5的面积之和,与同等尺寸的锌空气电池相比,正极的反应面积增大一倍;从而增大了电池放电功率。
由上可知,上述电池组件,由于提高了单个电池放电电流和放电能量。因此,按照该设计生产的电池包成本更低廉,性能更可靠,适合大规模工业生产。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种空气电池,其特征在于,所述空气电池包括:上正极壳、下正极壳、负极壳、上正极片以及下正极片;
所述负极壳呈环形;所述上正极壳与所述负极壳的一侧开口处固定连接,所述下正极壳与所述负极壳的另一侧开口处固定连接;所述上正极壳、所述下正极壳以及所述负极壳形成容纳腔;所述上正极壳和所述下正极壳相对于所述负极壳对称设置,且所述上正极壳和所述下正极壳分别与所述负极壳固定连接;
所述上正极片与所述上正极壳靠近所述下正极壳的一面抵接,所述下正极片与所述下正极壳靠近所述上正极壳的一面抵接;所述容纳腔内设置有负极集流体和负极反应物。
2.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述上正极片和所述下正极片上分别设置有一个正极极耳;两个所述正极极耳分别与所述上正极片和所述下正极片焊接;
所述负极集流体上设置有负极极耳,所述负极极耳与所述负极集流体焊接。
3.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述空气电池还包括上隔膜和下隔膜;
所述上隔膜设置在所述上正极片和所述负极反应物之间;所述下隔膜设置在所述下正极片和所述负极反应物之间。
4.根据权利要求3所述的空气电池,其特征在于,所述负极壳的靠近所述上正极壳的一面设置有第一凸起,靠近所述下正极壳的一面设置有第二凸起;
所述第一凸起与所述上隔膜抵接,所述第二凸起与所述下隔膜抵接。
5.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述上正极壳和所述下正极壳上分别设置有多个透气孔。
6.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述上正极壳和所述下正极壳的内部均设置有加强筋。
7.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述负极壳与所述上正极片的抵接处以及所述负极壳与所述下正极片的抵接处分别设置有密封胶;所述上正极片与所述上正极壳的抵接处的边沿设置有密封胶,所述下正极片与所述下正极壳的抵接处的边沿设置有密封胶。
8.根据权利要求7所述的空气电池,其特征在于,所述密封胶为耐碱性材质。
9.根据权利要求1所述的空气电池,其特征在于,所述上正极壳、所述下正极壳以及所述负极壳均为塑料材质。
10.一种电池组件,其特征在于,所述电池组件包括多个如权利要求1-9任一项所述的空气电池;
多个所述空气电池串联或者并联设置。
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CN112467267A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-09 | 湖南立方新能源科技有限责任公司 | 一种纽扣电池的生产工艺 |
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2020
- 2020-08-04 CN CN202010774190.8A patent/CN111755778A/zh active Pending
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