CN1808744A

CN1808744A - 一种以铝合金为负极材料的化学电池

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Publication number: CN1808744A
Application number: CN 200510111359
Authority: CN
Inventors: 水新国; 王玉宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2006-07-26

Abstract

本发明一种以铝合金为负极材料的化学电池涉及一种化学电池，属能源科学领域。一种以铝合金为负极材料的化学电池，包括正极材料、电解质、负极材料、分离正负极的隔离层，其中，电池的负极是由一种含铝的合金材料构成。本发明提出的一种以铝合金为负极材料的化学电源可以降低生产成本和减少对环境的污染。此外，由于铝合金的较低比重和相对比较柔软的材质特性，可以使得用铝合金为负极材料的电池生产方法得以变得更简便。

Description

一种以铝合金为负极材料的化学电池

技术领域

本发明一种以铝合金为负极材料的化学电池涉及一种化学电池，属能源科学领域。

发明背景

化学电池是一种可以将氧化-还原反应中生成的化学能转化为电能的电源设备。最常见的化学电池有，广泛用于日常生活的干电池，如一次性使用的锌-锰电池，锌-氧化汞电池，锌-银电池，锂-碘电池，银-碘电池，和锌-氧化银电池等；可反复充电循环使用的铅酸蓄电池，锂离子电池等。目前已有的各种系列，型号和规格的电池多达一千余种。不包括可反复使用的充电电池在内，目前全世界每年一次性电池的消费量约为50亿美元左右，且每年的增长率为10％以上。电池的应用范围几乎遍及人类活动的每一个领域。

随着科学技术的发展和人类社会的进步，电池的应用领域正变得越来越广泛。同时，人们对化学电源也提出了更高的要求。研究和开发具有成本低，容量大和环境友好的新型电池是科学家们追求的最主要目标之一。

一般的化学电池主要由四部分组成：即，(1)正极材料；(2)负极材料；(3)含正负离子的电解质；和(4)特定离子可以通过的隔板。

在化学电池中，正极材料是指在电池内的氧化-还原反应中接受电子的物质；而负极材料是指在电池的氧化-还原反应中失去电子的物质；电解质材料的作用是传导电荷，使得电池可以形成电流回路而进行工作。

干电池使用的电解质不是液体，而是糊状物或固体。

常用的一次性干电池有锌-锰电池，碱性锌-锰电池，锌-氧化汞电池，锂-碘电池，银-碘电池，和锌-氧化银电池等。

如图1一种传统的圆形干电池的结构示意图所示，这里以锌-锰电池为例来说明化学电池的结构和基本工作原理：在锌-锰电池中，正极材料为二氧化锰(MnO₂)，负极材料为Zn，电解质为氯化铵(NH₄Cl)或氯化锌(ZnCl₂)，其组成的电池结构为：一根作为引出电流用的碳棒置于电池的中央，碳棒周围充满正极材料1二氧化锰和炭黑。正极材料1和隔板2被一起装在由负极材料3锌做成的罐状体中。隔板2的作用是将正极材料和负极材料分开。在隔板的两侧还分别充填有氯化铵或氯化锌电解质4。这样生产出的电池为圆柱形结构，例如我们日常生活中常用的一号，或五号干电池等。

对于碱性锌-锰电池，其正极材料也采用二氧化锰，而且也是使用锌为负极材料。所不同的是，碱性干电池所用的电解质为氢氧化钾(KOH)水溶液。

在锌-氧化汞电池中，其正极材料为石墨粉和氧化汞，负极材料为汞齐化锌粉。电解质为质量份数为35％～40％的氢氧化钾(KOH)水溶液。

在锌-氧化银电池中，其正极材料为氧化银粉压制的固体，负极材料为汞齐化锌粉。电解质为质量份数为35％～40％的氢氧化钾(KOH)水溶液。

由上述介绍可知，不论是锌-锰电池，还是碱性锌-锰电池，它们都有几个共同的特点：其一，它们都使用较为昂贵的金属材料，如锰，锌，银等作为负极或阳极，故成本会比较高。其二，它们所使用的电极和电解质材料，如锰，锌，汞，氯化铵(NH₄Cl)，氯化锌(ZnCl₂)或氢氧化钾(KOH)水溶液。都不是环境友好物质，将对环境造成一定的污染。因此，目前国际上很多国家都制定了严格的废旧电池回收政策，其主要目的之一就是为了减少越来越严重的污染。保护环境，造福人类。

发明内容

本发明的目的之一是为了提出一种以具有比重轻，价格便宜等特点的铝合金为负极材料的化学电池。

本发明的目的之二是为提出一种以铝合金作为负极材料来生产普通干电池或小型化电池的方法。

为实现本发明目的提供下述技术方案：一种以铝合金为负极材料的化学电池，包括正极材料、电解质、负极材料、分离正负极的隔离层，其中，电池的负极是由一种含铝的合金材料构成。

在上述方案基础上，所述的铝合金中铝元素之质量百分含量为1％至99.99％上。

由于铝合金材料，故可以降低电池的生产成本和使用成本。同时，由于大多数铝合金材料是一种环境友好的材料，故可以减少废旧电池，特别是大量废旧干电池对环境的污染，起到保护环境的作用。

因铝合金质量轻，材质柔软，价格低，它可以简化干电池或薄膜电池的生产方法和工艺，以进一步降低生产成本。

一种以铝合金作为负极材料来生产普通干电池或小型化电池：由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成的电池单元，由二个或二个以上电池单元并联后组成复合电池。

也可以是：由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成电池单元，由二个或二个以上电池单元串联后组成复合电池。

或者是：由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成电池单元，由二个以上的电池单元并联后再串联，或串联后再并联后组成复合电池。

本发明的优越性在于：提出了一种以铝合金为负极材料的化学电源，它可以降低生产成本和减少对环境的污染。此外，由于铝合金的较低比重和相对比较柔软的材质特性，可以使得用铝合金为负极材料的电池生产方法得以变得更简便。

附图说明

附图1，一种传统的圆形干电池的结构示意图。

附图2，用铝合金作为负极材料的干电池的结构示意图。

附图3，以铝合金材料为负极材料的小型化干电池结构示意图。

附图4，用铝合金作为负极材料的串联电池的结构示意图。

附图5，用铝合金作为负极材料的并联电池的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本发明给出的化学电池，是指以铝合金为负极材料，其它材料为阳极材料，和电解质材料所生产出的电池。铝合金材料可以是指目前市场上可以得到的任何一种含铝的合金材料；也可以是指任何一种尚未商品化的含铝的固体材料。铝合金材料中铝元素的含量应不低于百分之一(1％)，和不大于百分之九十九点九九(99.99％)。选择铝合金材料的基本原则是，价格低廉和其中不含有污染环境的物质。

如附图2，用铝合金作为负极材料的干电池的结构示意图所示，给出了一个以铝合金材料为负极材料，碘为阳极材料，碘化铝为电解质材料制作干电池的结构示意图。图2中，2-1为正极帽，2-2为负极集流体，2-3为含碘离子的盐，此处为碘化铝，2-4为阳极材料碘，2-5为绝缘体。这里作为阳极材料的碘，可以是纯碘元素，也可以是以碘元素为主的混合物，如碘-碘化铝混合物，碘-石墨混合物等。

实施例2

用本发明所提出的方法，除了可以制造普通干电池外，还可以制造比普通电池更小的小型化电池。例如，可以用铝合金薄膜作负极，然后在此铝合金薄膜上依次加上电解质材料，如碘化盐溶液，和正极材料，如含有碘元素的物质。在图3用铝合金作为负极材料的干电池的结构示意图中，给出了一个以铝合金薄膜材料为阴极材料，碘为阳极材料，碘化铝为电解质材料制作的小型化电池的结构示意图。图3中，3-1为铝合金作成的阴极，3-2为含碘离子的盐，3-3为阳极材料碘。这里作为阳极材料的碘，可以是纯碘元素，也可以是以碘元素为主的混合物，如碘-碘化铝混合物，碘-石墨混合物等。

实施例3

为了提高本发明所给出的电池的输出电压或输出电流的值，还可以将二个或二个以上的以铝合金为负极材料，其它材料为阳极材料，和电解质材料所生产出的电池串联或并联起来使用。如附图4用铝合金作为负极材料的串联电池的结构示意图所示，其给出了多个电池经串联后所组成的具有较高输出电压的电池的结构示意图。本实施例中给出了三个电池串联的情况。图4中，4-1，4-2，4-3分别为多个以铝合金材料为负极，含碘离子的盐为电解质，碘为阳极材料所制作的电池。其中，4-11为合金铝负极材料，4-12为电解质材料，4-13为正极材料，4-14为绝缘体，4-15为连结导线。理论上，由此方法所制作的电池，其输出电压应等于每个次级电池的输出电压之和。虽然这里只给出了三个电池串联的例子，实际上可以根据需要将更多个电池串联起来。

实施例4

如附图5用铝合金作为负极材料的并联电池的结构示意图所示，给出了多个电池经并联后所组成的具有较高输出电流的电池的结构示意图。本实施例给出了三个电池并联的情况。图5中，5-1，5-2，5-3分别为多个以铝合金材料为负极，含碘离子的盐为电解质，碘为阳极材料所制作的电池。图5中，5-11为合金铝负极材料，5-12为电解质材料，5-13为正极材料，5-14为绝缘体，5-15为连结导线。理论上，由此方法所制作的电池，其输出电流应等于每个次级电池的输出电流之和。同样地，虽然本实施例给出了三个电池并联的例子，实际上可以根据需要将更多个电池并联起来。

实际应用时，还可以先将多个电池并联起来，然后将并联后的电池组再串联起来，或者是先将多个电池串联起来，然后将并联后的电池组再并联起来，以组成一个既并联又串联的电池。这样做的结果是可以获得输出电压和电流比单一电池都大数倍的电池。

Claims

1.一种以铝合金为负极材料的化学电池，包括正极材料、电解质、负极材料、分离正负极的隔离层，其特征在于：电池的负极是由一种含铝的合金材料构成。

2.根据权利要求1所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于：所述的铝合金中铝元素之质量百分含量为1％至99.9 9％。

3.根据权利要求1或2所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于：以铝合金材料为负极材料，碘为阳极材料，碘化铝或其盐溶液为电解质材料制作干电池，其中，所述的阳极材料的碘，为纯碘元素，或含碘元素的混合物，包括碘-碘化铝，碘-无机盐，碘-石墨混合物中的一种或他们的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于：用铝合金薄膜作负极，然后在此铝合金薄膜上依次加上，作为电解质材料的物质，和作为正极材料的含有碘元素的物质，其中，所述的含有碘元素的物质为纯碘元素，或者以碘元素为主的混合物，包括碘-碘化铝，碘-无机盐，碘-石墨混合物中的一种或他们的混合物。

5.根据权利要求1或2所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成的电池单元，由二个或二个以上电池单元并联后组成复合电池。

6.根据权利要求1或2所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成的电池单元，由二个或二个以上电池单元串联后组成复合电池。

7.根据权利要求1或2所述的一种以铝合金为负极材料的化学电池，其特征在于由铝合金负极、电解质材料、正极材料和绝缘层所构成电池单元，由二个以上的电池单元并联后再串联，或串联后再并联后组成复合电池。