CN1805184A - 一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途 - Google Patents

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关凌肖
辛长军
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Abstract

本发明为一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途，适用于锌空气电池的负极板或负极活性物质，其特征是将多孔的聚氨酯或聚醚海绵、金属丝网或其他具有多孔结构的金属及非金属材料，借助压缩空气，将受热熔化后的锌或锌合金颗粒热喷镀在多孔材料的表面及内部，然后去泡绵、氢还原处理或不去除基体直接得到多孔锌或锌合金材料。本发明提供了一种新型的锌空气电池用极板材料，其制作范围：厚度从0.2mm～80mm，每英寸上孔数PPI为6～130个之间。多孔锌或锌合金材料通过该热喷涂方法得以制备，比表面积大，镀层均匀，镀层附着及深镀效果良好，操作简便易行，制作成本较低，一次投资少。

Description

一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途
一、技术领域：
本发明涉及一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途，属于热喷涂技术领域，因其比表面大，结构均匀，该产品可广泛应用于电池极板、吸音、过滤等多种领域，尤其适合于锌空气电池的极板及其活性物质。
二、背景技术：
锌空气电池是以空气中的氧做正极活性物质的一种高效环保型电池，其比能量大(在340瓦时/公斤以上，而铅蓄电池的比能量只有20至50瓦时/公斤)、价格低、原材料易得、制作工艺简单，被誉为面向21世纪的环保型新能源。锌空气电池用途广泛：可用于取代普通的中性和碱性干电池，如R20型锌空气电池的容量达20安时，其连续大电流(负载电阻1Ω)放电时间为普通氯化铵型电池的20倍；作备用电源代替笨重的铅酸蓄电池。如单体300安时圆柱型锌空气电池，其重量仅为0.75Kg，而同样的铅蓄电池的重量则大于8Kg；在没有工业电的地方如野外、山区、林区、海上用作电源；作军用电源和电站调峰用。锌空气电池除可用于步兵随身携带电源外，还可用作潜艇潜入水下的动力电源，代替目前所使用的铅蓄电池，以提高潜艇速度。此外锌空气电池还具有极高的性能价格比并减轻了对环境的污染，由于锌空气电池使用了空气中的氧作电池的正极，因此在电池的制造过程中，至少减少了一半原料的筹集、加工和使用，这无疑会减轻对环境的污染，而用过的电池的废弃物也相应地减少了。同时，锌空气电池不使用铅、汞、镉等有毒的重金属物质，用锌空气电池取代使用上述有毒物质的电池，对保护人类赖以生存的自然环境，也是一种贡献。
综上所述，锌空气电池作为新型能源正受到越来越多的关注，市场十分广阔，目前世界各国都加紧研发完善，力争抢先占领这一具有战略意义的能源新领域。
本发明制作的多孔锌及锌合金材料，因其比表面积大(可达1～2平方米/克以上)，有利于增大化学反应面积，提高电池容量，而且强度好，纯度可高达99.95％以上，是一种理想的锌空气电池的极板及活性物质材料。
三、发明内容：
本发明提供了一种电池用多孔锌或锌合金材料及其制作方法和用途，属于热喷涂技术领域。
本发明是这样实现的：将准备好的多孔的聚氨酯或聚醚海棉、金属丝网或其他具有多孔结构的金属及非金属材料，经过表面去污或去油处理后，借助压缩空气，将受热熔化后的锌或锌合金颗粒热喷镀在多孔材料的表面及内部，然后除浮尘处理，去泡棉、氢还原处理或不去除基体直接得到多孔锌或锌合金材料。本发明提供了一种新型的锌空气电池用极板材料，其制作范围：厚度从0.2mm～80mm，每英寸上孔数PPI为6～130个之间。
本发明的有益效果是：该热喷涂方法制备的多孔锌或锌合金材料，比表面积大，镀层均匀，镀层附着及深镀效果良好，操作简便易行，制作成本较低，一次投资少。
所述多孔锌或锌合金材料的热喷涂制作方法，其其材选用聚氨酯或聚醚泡沫海棉、纤维网、无纺布，金属丝网等具有多孔结构的金属或非金属材料，厚度从0.2mm～80mm，每英寸上孔数PPI为6～130个之间，或者目数在2.5-200，孔径从0.05-10mm。
所述多孔锌或锌合金材料的热喷涂制作方法，根据其涂层选择纯锌、锌铝合金、锌铜合金或其他锌合金等金属丝或其他型材。
所述多孔锌或锌合金材料的热喷涂制作方法，在热喷涂时以气体、液体燃料或电弧等作为热源，将金属锌或锌合金材料加热至熔融或半熔融状态。
所述多孔锌或锌合金材料的热喷涂制作方法，在金属锌或锌合金材料加热至熔融或半熔融状态后，借助压缩空气等，将熔化状态的金属锌或锌合金雾化成颗粒，喷射到多孔材料表面。
所述多孔基材通过上述方法喷涂达到要求后取出冷却、吹除浮尘、清理后通过化学方法(如热硫酸、硝酸等)或热处理(如高温焚烧)去除基材，再经氢还原处理后得到多孔锌或锌合金材料，或者不去除基材直接获得多孔锌或锌合锌材料。
四、具体实施方式：
裁取10mm厚300×300mm长宽，PPI为20(每英寸上孔数PPI为10个)的聚氨酯泡沫棉试片，先经表面化学处理热碱除油后，清洗干净，晾干备用。
截取直径为3mm的纯锌丝，长度约为3米，要求纯度在99.99％以上，表面已作洁净处理。
选用400A电弧喷枪作为热源，通过电弧产生瞬间高热，使得锌丝端部得以连续被加热至熔化状态，并经由送丝机进行走丝，送丝引力大于8Kg。
选用3.8立方米每分钟流量规格的空压机，空气压力为0.5Mpa以上，接上与电弧发生设备相同规格的金属喷枪，利用空压将已熔成颗粒的锌粉末喷射于试片表面，喷枪距离基材200mm处进行匀速喷涂，速度为0.1厘米/每分钟，先以垂直试片的角度正反两面喷3分钟，再对四个侧面以45度斜角进行喷涂，时间为3分钟，最后目测均匀度，对表面进行平整喷涂，时间为1分钟，总共用时7分钟。
待表面及内部基本附着均匀后，切断电弧喷涂设备电源，取下喷涂好的泡沫锌材料，表面用8Kg风力吹除浮尘，最后进行表面平整及修边，裁剪合格后入库存放。
本实施例只是说了泡沫热喷纯锌的情况，本发明的涂层还可有锌合金以及镍、银、铅、锡等单金属，也可以是铜合金、镍合金、铅合金等，只需更换上相应金属的丝材，其设备和操作过程是相同和相似的，在实施例中不再一一介绍。
经过本发明方法所获得的电池用多孔锌或锌合金材料用途，因其具有较大的比表面积，较好的渗透性，可广泛应用于电池极板，尤其适用于锌空气电池的极板材料或极板活性物质，还可广泛应用于多种领域的吸音过滤装置上。

Claims (8)

1.一种电池用多孔锌或锌合金材料，其特征在于：基体为具有多孔结构的金属及非金属材料，受热熔化后的锌或锌合金颗粒热喷镀在多孔材料的表面及内部。
2.根据权利要求1所述的电池用多孔锌或锌合金材料，其特征在于：所述的金属或非金属多孔材料基体，非金属材料为聚氨酯或聚醚泡沫海棉、纤维网、无纺布，金属材料为金属丝网，材料具有多孔结构，厚度从0.2mm～80mm，每英寸上孔数PPI为6～130个之间，或者目数在2.5～200，孔径从0.05～10mm。
3.根据权利要求1所述的电池用多孔锌或锌合金材料，其特征在于：所述的锌空气电池用材料的涂层为纯锌或者锌合金。
4.根据权利要求3所述的电池用多孔锌或锌合金材料，其特征在于：所述锌合金为锌铝合金、锌铜合金、锌锡合金中选取一种。
5.一种由权利要求1～4任意一项所述的电池用多孔锌或锌合金材料的制作方法，其特征在于：采用热喷涂方法，热喷涂时以气体、液体燃料或电弧作为热源，以具有多孔结构的金属及非金属材料为基体，受热熔化后的锌或锌合金颗粒热喷镀在多孔材料的表面及内部，然后借助压缩空气，将熔化状态的金属锌或锌合金雾化成颗粒，喷射到多孔材料表面。
6.根据权利要求5所述的电池用多孔锌或锌合金材料的制作方法，其特征在于：所述的多孔基材通过上述方法喷涂达到要求后取出冷却、吹除浮尘、清理后通过化学方法或热处理去除基材，再经氢还原处理后得到电池用的多孔锌或锌合金材料，或者不去除基材直接获得多孔锌或锌合金材料。
7.一种由权利要求5～6中任意一项制作方法获得的电池用多孔锌或锌合金材料用途，因其具有较大的比表面积，较好的渗透性，可广泛应用于电池极板，尤其适用于锌空气电池的极板材料或极板活性物质。
8.根据权利要求7所述的电池用多孔锌或锌合金材料用途，可广泛应用于多种领域的吸音过滤装置上。
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