CN1152450C - 圆柱型碱性一次锌空气电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种圆柱型碱性一次锌空气电池，主要由位于中心的集流针、其周围的锌膏、空气电极、分隔锌膏与空气电极的隔膜、电池外壳、顶部设有两个小顶点的上端盖和其上面的正极触头、下端盖和负极触头构成；圆柱型碱性一次锌空气电池的制造方法包括：制作空气电极、锌电极和隔膜及电池壳的准备、样品电池的装配；本发明采用的胶粘剂显著改善了空气电极与塑料密封扣的粘接性能，解决了电池的漏液爬碱密封问题。

Description

圆柱型碱性一次锌空气电池及其制造方法

                            技术领域

本发明涉及用于直接转变化学能为电能的技术领域，特别是圆柱型碱性一次锌空气电池及其制造方法。

                            背景技术

锌空气电池从问世到现在已经有一百多年的历史。它是以金属锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质，通过催化剂的催化作用使两极活性物质发生化学反应而产生电能的一种化学电源。只要锌电极没有被消耗完，氧气就可以通过空气扩散电极源源不断地到达电化学反应界面与锌反应而产生电能。由于空气是不占电池的体积和重量的，所以该电池体系在原理上使电池具有很高的比能量。由于在碱性电解液中，该电池的电动势较高，所以碱性锌空气电池具有更大的优势。现在已经在市场上广泛使用的主要是方型、扣式锌空气电池。然而，在电池市场上对圆柱型电池的需求量是最大的，方型和扣式电池所占的市场份额较小；而且，目前的方型、扣式锌空气电池的工作电流较小，从而更加限制了它们的使用范围。

中国专利ZL97241293.X公开了圆柱型锌空气电池的外氧式结构及其制造工艺。其结构如附图1所示，主要由位于中心的集流体1、其周围的锌膏2、空气电极3、分隔2与3的隔膜4、电池外壳5、上端盖6和其上面的正极触头7、下端盖8、负极触头9和进气孔10构成。该电池的制造方法如下：

——制作空气电极

先将防水透气层和催化层的配料分别通过反复碾压制成片状薄膜，将膜裁成适当的尺寸，再在防水透气层的外侧贴上集流网后压合成片状的空气电极片。该空气电极由外向里依次为集流网、防水透气层和催化层。

——锌电极、隔膜及电池壳

锌电极采用糊状锌膏，隔膜材料为聚丙烯无纺布，电池外壳与普通锌锰电池的外壳相同，即为不锈钢壳。其正极端需另外开孔作为空气的进气孔。

——样品电池的装配

采用特制的注塑模具将片状空气电极和上、下端盖成型为圆筒型的空气电极，再将封住一端的空气电极放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜筒，注入锌膏后套上负极触头，最后再进行电池壳的封口而得到如附图1中所示的样品电池。

上述电池及其制造方法主要缺点如下：

1、由于下端盖8嵌入电池的下端，其下面是负极触头，使下端盖与负极触头之间有接缝，不易密封，容易导致漏液爬碱；

2、制备空气电极采用的粘接剂材料是聚四氟乙烯乳液，其防水性好，但是其表面能低、表面惰性很强，难于与塑料的密封端头紧密粘结，从而会导致电池无法彻底密封而出现漏液爬碱现象；

3、其上端盖6呈梯形，与电池外壳5之间形成较大的空隙以便空气进入空气电极3，进气孔10在电池上端的边沿处。这样就使得电池外壳在上端包边较少，不易牢固地将电池包住；

4、制备工艺复杂，需要采用复杂的特制模具进行注塑成型。

                          发明内容

本发明的目的在于提供一种密封性好的圆柱型碱性一次锌空气电池。

本发明的目的还在于提供一种圆柱型碱性一次锌空气电池的制造方法，简化现有的制备工艺。

本发明的圆柱型碱性一次锌空气电池的结构如图2所示，主要由位于中心的集流针1、其周围的锌膏2、空气电极3、分隔锌膏2与空气电极3的隔膜4、电池外壳5、上端盖6和其上面的正极触头7、下端盖和负极触头8构成；其下端盖和负极触头是一体的；上端盖为圆盘型；上端盖6与电池外壳上壁之间保留有空隙，进气孔开在正极端面靠中心的位置；空气电极3为集流网、防水透气膜和催化膜的三层复合膜，防水透气膜和催化膜中含有作为粘结剂的聚四氟乙烯和聚六氟丙烯。

本发明制造所述的圆柱型碱性一次锌空气电池的方法，包括：

——制作空气电极，先将乙炔黑、硫酸钠、聚四氟乙烯和聚六氟乙烯在大辊混炼设备上经过反复碾压混合均匀，并使之纤维化，然后将纤维化的物料加入到小辊成型设备上进行包辊成型，从而制成圆筒型的防水透气膜，将催化材料、活性碳、硫酸钠、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯在大辊混炼设备上经过反复碾压混合均匀，并使之纤维化，然后将纤维化的物料加入到小辊成型设备上进行包辊成型，从而制成圆筒型的催化膜，然后把两层圆筒型膜和集流网在小辊成型设备上包辊压合成圆筒型的空气电极，该空气电极由外向里依次为集流网、防水透气膜和催化膜；

——锌电极、隔膜及电池壳的准备，锌电极采用糊状锌膏，隔膜材料为聚丙烯无纺布，电池外壳为不锈钢壳，其紧挨正极端的壳体设有空气的进气孔；

——电池的装配，圆筒型空气电极成型后，先套入上顶盖，通过外加热源对两者进行热融合，然后将其放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜筒，在筒中注入锌膏后套上下顶盖，对下顶盖与空气电极也进行热融合，最后进行电池壳的封口。

本发明制造所述圆柱型碱性一次锌空气电池的方法，还可以是如下步骤：

——空气电极的制作，空气电极由三层物质复合而成，这三层物质由外向里依次为集流网、防水透气网、防水透气膜和催化膜；三层物质经压合成极片，极片则经双辊成型机械磙压成圆筒型的空气电极；防水透气膜的制备方法：先把一定比例的乙炔黑和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜：其物料的重量配比为：乙炔黑∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶6∶1～4；催化膜的制备方法是：先把一定比例的催化材料、活性碳和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜；其物料的重量配比为：催化材料∶活性碳∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶1∶1～3∶1，所使用的聚四氟乙烯与聚六氟丙烯乳液的固含量为60％重量；

——锌电极、隔膜及电池外壳的准备，锌电极为糊状锌膏，其主要成分为金属锌粉、氧化锌、缓蚀剂、粘稠剂和氢氧化钾电解液；隔膜材料为聚丙烯无纺布；电池外壳为不锈钢壳；其紧挨正极端的壳体设有空气的进气孔；

——电池的装配，圆筒型空气电极成型后，先套入上顶盖，通过外加热源进行热融合；再将已密封好一端的空气电极放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜简，注入锌膏后套上下顶盖，对下顶盖与空气电极也进行热融合，最后进行电池壳的封口即得到如附图2所示的电池。

为了能达到上述目的，本发明主要采用的技术措施有：采用在聚四氟乙烯中加入聚六氟丙烯的并用改性粘结剂来粘结圆筒型的空气电极，使得空气电极具有优良的表面粘结性能，与密封扣的粘接良好；采用热融合的方法密封空气电极和正负极的塑料密封端头，负极盖和下密封扣成为一体，密封性好。

要根本解决锌空气电池漏液爬碱密封问题的关键是在于选用以上的粘结剂材料。以前的粘结剂材料多采用聚四氟乙烯乳液。虽然其防水性好，但其表面能低、表面惰性很强，难于与塑料密封端头紧密粘结，从而导致电池无法彻底密封，常常出现漏液爬碱问题。本发明采用的新型粘结剂材料，为聚四氟乙烯与聚六氟丙烯的共混并用体系，既具有很好的防水性能，又具有良好的表面粘结性能，可采用热融合的方法来粘结空气电极与塑料密封端头，使两者连成一体，从而从根本上解决锌空气电池的漏液爬碱密封问题。

本发明所描述的圆柱型碱性一次锌空气电池与现有的技术相比较，具有如下优点：通过采用共混改性方法所得到的上述胶粘剂，显著改善了空气电极与塑料密封扣的粘结性能。这种共混并用粘结剂彻底地解决了电池的漏液爬碱密封问题；采用热融合方法也简化了电池的生产工艺。

                       附图说明

图1是ZL97241293.X圆柱型锌空气电池结构示意图；

图2是本发明的圆柱型碱性一次锌空气电池结构示意图。

以下结合附图详细描述本发明最佳方案的由该粘结材料和粘结方法制造样品电池的工艺方法和步骤。

                          具体实施方式

——空气电极的制作。空气电极由三层物质复合而成，这三次物质由外向里依次为集流网、防水透气膜和催化膜；三层物质经压合成极片，极片则经双辊成型机械磙压成圆筒型的空气电极。防水透气膜的制备方法：先把一定比例的乙炔黑和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜；其物料的重量配比为：乙炔黑∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶6∶1-4。催化膜的制备方法是：先把一定比例的催化材料、活性碳和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜；其物料的重量配比为：催化材料∶活性碳∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶1∶1-3∶1。所使用的聚四氟乙烯与聚六氟丙烯乳液的固含量为60％；操作温度为室温。

——锌电极、隔膜及电池壳的准备。锌电极为糊状锌膏，其主要成分为金属锌粉、氧化锌、缓饰剂、粘稠剂和氢氧化钾电解液；隔膜材料为聚丙烯无纺布；电池外壳为不锈钢壳；其紧挨正极端的壳体需开孔作为空气的进气孔；

——电池的装配。圆筒型空气电极成型后，先套入上顶盖，通过外加热源进行热融合；再将已密封好一端的空气电极放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜筒，注入锌膏后套上下顶盖，对下顶盖与空气电极也进行热融合，最后再进行电池壳的封口而得到如附图2所示的样品电池。

装配好的电池的外形尺寸为：直径14.0mm，高49.5mm。电池开路电压1.4V左右，放电容量4200mAh左右，平均工作电压1.2V左右。

Claims (3)

1、一种圆柱型碱性一次锌空气电池，其特征在于主要由位于中心的集流针(1)、其周围的锌膏(2)、空气电极(3)、分隔锌膏(2)与空气电极(3)的隔膜(4)、电池外壳(5)、上端盖(6)和其上面的正极触头(7)、下端盖和负极触头(8)构成；其下端盖和负极触头是一体的；上端盖为圆盘型；上端盖(6)与电池外壳上壁之间保留有空隙，进气孔开在正极端面靠中心的位置；空气电极(3)为集流网、防水透气膜和催化膜的三层复合膜，防水透气膜和催化膜中含有作为粘结剂的聚四氟乙烯和聚六氟丙烯。

2、制造权利要求1所述的圆柱型碱性一次锌空气电池的方法，其特征在于包括：

——制作空气电极，先将乙炔黑、硫酸钠、聚四氟乙烯和聚六氟乙烯在大辊混炼设备上经过反复碾压混合均匀，并使之纤维化，然后将纤维化的物料加入到小辊成型设备上进行包辊成型，从而制成圆筒型的防水透气膜，将催化材料、活性碳、硫酸钠、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯在大辊混炼设备上经过反复碾压混合均匀，并使之纤维化，然后将纤维化的物料加入到小辊成型设备上进行包辊成型，从而制成圆筒型的催化膜，然后把两层圆筒型膜和集流网在小辊成型设备上包辊压合成圆筒型的空气电极，该空气电极由外向里依次为集流网、防水透气膜和催化膜；

——锌电极、隔膜及电池壳的准备，锌电极采用糊状锌膏，隔膜材料为聚丙烯无纺布，电池外壳为不锈钢壳，其紧挨正极端的壳体设有空气的进气孔；

——电池的装配，圆筒型空气电极成型后，先套入上顶盖，通过外加热源对两者进行热融合，然后将其放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜筒，在筒中注入锌膏后套上下顶盖，对下顶盖与空气电极也进行热融合，最后进行电池壳的封口。

3、制造权利要求1所述的圆柱型碱性一次锌空气电池的方法，其特征在于包括：

——空气电极的制作，空气电极由三层物质复合而成，这三层物质由外向里依次为集流网、防水透气网、防水透气膜和催化膜；三层物质经压合成极片，极片则经双辊成型机械磙压成圆筒型的空气电极；防水透气膜的制备方法：先把一定比例的乙炔黑和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜；其物料的重量配比为：乙炔黑∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶6∶1～4；催化膜的制备方法是：先把一定比例的催化材料、活性碳和硫酸钠用酒精调匀，再慢慢加入上述粘结剂，经凝聚后压干再经磙压成膜；其物料的重量配比为：催化材料∶活性碳∶硫酸钠∶聚四氟乙烯∶聚六氟丙烯＝2∶1∶1∶1～3∶1，所使用的聚四氟乙烯与聚六氟丙烯乳液的固含量为60％重量；

——锌电极、隔膜及电池外壳的准备，锌电极为糊状锌膏，其主要成分为金属锌粉、氧化锌、缓蚀剂、粘稠剂和氢氧化钾电解液；隔膜材料为聚丙烯无纺布；电池外壳为不锈钢壳；其紧挨正极端的壳体设有空气的进气孔；

——电池的装配，圆筒型空气电极成型后，先套入上顶盖，通过外加热源进行热融合；再将已密封好一端的空气电极放入电池壳内，内衬圆筒型隔膜筒，注入锌膏后套上下顶盖，对下顶盖与空气电极也进行热融合，最后进行电池壳的封口。

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