CN1983690A - 一种锌锰电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，公开了一种锌锰电池及其制备方法。构成该锌锰电池的技术方案为：包括有由筒底和筒壁构成的筒型壳体、作为电池负极的无端盖环型锌筒并套装于上述壳体中、进行化学反应的二氧化锰混合物、作为电池电能导出体的碳棒、假底金属片及筒型壳体顶部的密封盖体。该锌锰电池通过环型锌筒的制备、筒型壳体的制备、锌锰电池负极的制备和组装等工序制成。该锌锰电池，由于利用锌板卷制成无端盖的环型锌筒作为负极，利用塑料或其他无机材料构成用于盛装反应物的带筒底的筒型壳体，该壳体不参与电池的电化学反应，因此，降低了制造成本、节约了金属锌的用量，并且具有制造工艺简单的特点。解决了锌锰电池易发生液体泄露，导致用电器电路腐蚀而损坏的问题。

Description

一种锌锰电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种具有成本低、密封性能好的环保型锌锰电池及其制备方法。

背景技术

目前，锌锰干电池的结构包括，作为负极活性物质的锌筒，在该锌筒中装有与之发生化学反应的包含有二氧化锰的混合物，中央固定有作为电池电能导出体的碳棒，以及锌筒封盖和为了美观与锌筒底部构成电连接的假底金属片。其制备工序为，首先将金属锌板冲压成圆形饼片，然后经冲压机冲制成带底的筒体结构，在该金属锌筒中装入包含有二氧化锰的混合物和碳棒，将金属锌筒密封并安装上假底即可。由上述工序制备成的锌锰干电池，锌筒不仅要作为电池的反应负极，同时还要兼作干电池二氧化锰混合物的容器使用；为了防止二氧化锰混合物穿孔漏液，所加工成的锌筒，其筒壁的厚度大大厚于电池发生电化学反应所需的厚度；因此，在锌锰干电池的整个放电过程中，锌筒筒壁一般只有不足30％的锌做为负极活性物被利用。另外，为了防止锌的自然放电，在加工成锌筒的锌饼材料中还要加入汞、镉等做缓蚀剂等有害物质。因此，上述制备锌锰干电池的工序及其所制备成的锌锰干电池存在着以下缺点：(一)在上述制备工序中，锌筒的制备必须由金属锌板冲压成圆形饼片，然后经冲压机冲制而成，但由于所冲制成的锌筒筒壁厚度薄厚不均，因此，在使用过程中存在着反应不匀、易发生漏液造成腐蚀电器的现象；(二)上述锌锰干电池在使用过程中，构成锌筒的筒底以及70％左右的锌筒筒壁均不发生反应，因此，利用冲压成型的锌筒，既做反应负极又要作为二氧化锰混合物的容器，造成了金属锌资源的极大浪费；(三)由于成本的原因，干电池的回收利用存在一定的困难，因此，丢失的锌锰干电池的锌筒中，所含的作为缓蚀剂汞、镉等有害物质会造成不必要的环境污染；(四)由于构成电池负极的锌筒是由金属锌板冲压成圆形饼片后，再经冲压机冲制而成，不但工艺复杂，而且由于所冲制成的锌筒的壁厚不均匀而造成的废品率较高。

发明内容

本发明的目的就是提供一种制造成本低、不会发生漏液现象的锌锰电池。

本发明的另一个目的就是提供上述锌锰电池的制备方法。

实现本发明目的所采用的技术方案为：

一种锌锰电池，包括有作为电池负极的活性物质，该活性物质由金属锌材料构成，与之进行化学反应的含有二氧化锰的混合物，作为电池电能导出体的碳棒和假底金属片；构成该锌锰电池的结构还包括有不与所述的电池负极及所述的二氧化锰混合物发生化学反应的、由筒底和筒壁构成的筒型壳体；所述的作为电池负极的活性物质为金属锌片构成的无端盖的环型锌筒，该环型锌筒套装于所述的壳体中；所述的假底金属片设置在筒型壳体的外底部，并与所述的环型锌筒实现电连接；所述的筒型壳体顶部由盖体密封。

其附加技术特征为：

所述的环型锌筒粘贴在所述壳体的内壁上，并与之构成一体结构。

所述的环型锌筒的高度与所述壳体内壁的高度之比为1∶1-0.4。

所述的环型锌筒为梳齿状结构。

所述的筒型壳体为塑料材料构成。

所述的筒型壳体由金属板卷制而成的骨架和在其内壁上涂有橡塑材料或其他不与二氧化锰混合物发生化学反应材料构成。

所述的筒型壳体的底部与其筒壁为一体结构。

所述的筒型壳体底部设置有圆孔，所述环型锌筒的底部设置有与之连为一体的导片，该导片通过穿过该圆孔导体与假底金属片实现电连接。

所述的筒型壳体的底部为与所述环型锌筒的底部固定结合为一体的结构。

所述作为电池负极环型锌筒的金属锌材料中不含有金属构成汞、镉等有害物质。

实现本发明制备锌锰电池的方法步骤为：

第一步  环型锌筒的制备：将金属锌锭溶化铸成锌板，后在轧制成厚度均匀的锌片，裁制成条状，卷制成环型锌筒；

第二步  筒型壳体的制备：将塑料或橡胶材料利用注塑方法制备成带筒底或无筒底的筒型壳体；

第三步  锌锰电池负极的制备：将环型锌筒套装于筒型壳体中或将环型锌筒的外筒壁上涂附上玻璃钢等材料凝固后形成电池负极，将假底金属片固定在筒型壳体的底部，并使之与环型锌筒实现电连接；

第四步  组装锌锰电池：将进行电化学反应的含有二氧化锰的混合物和作为电池电能导出体的碳棒装入由筒型壳体与环型锌筒构成的容器中，再将筒型壳体顶部由盖体密封即可。

本发明所提供的一种锌锰电池及其制备方法与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于构成该锌锰电池的负极由无端盖的环型锌筒构成，在该锌筒的外部设置有专门用于盛装反应物的带筒底的筒型壳体，且筒型壳体为不与反应物发生化学反应的材料制成，因此，可以将作为电池负极环型锌筒作得很薄，只需满足电池的化学反应即可，也即大大减少了金属锌的用量；根据设计，一只大号锌锰电池所使用的环型锌筒，与原来的由锌锭所冲制成的锌筒相比可以节省金属锌10克左右、降低成本0.1元；这对于每生产一只大号锌锰电池只有0.01元左右利润的电池生产行业来讲，具有重大的经济意义；其二，由于专门用于盛装反应物的筒型壳体，为不与二氧化锰混合物发生化学反应的材料制成，因此电池的使用时间无论多长，均不会发生液体泄露现象，避免了用电器电路因电池漏液腐蚀而损坏现象的发生；其三，由于构成电池的负极的环型锌筒中不含有金属构成汞、镉等有害物质，因此降低了电池对环境的污染程度，使用更加安全；其四，在制备该锌锰电池的工序中，其构成电池负极的环型锌筒为薄锌片卷制而成，具有锌片薄厚均匀、工艺简单的特点。

附图说明

图1为本发明提供的锌锰电池的结构示意图；

图2为上述锌锰电池结构中负极与假底金属片间的连接示意图；

图3为另一种锌锰电池的结构示意图；

图4为锌锰电池中筒型壳体的结构示意图；

图5为环型锌筒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的锌锰电池的结构和制备方法做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明提供的锌锰电池的结构示意图，该锌锰电池的结构包括有；由筒底1与其筒壁2为一体结构构成的筒型壳体，在该筒型壳体内壁上贴有(或与内壁通过粘合剂固定粘合在一起)由金属锌材料构成的作为电池负极活性物质的环型锌筒3，中部设置有作为电池电能导出体的碳棒4，作为与环型锌筒发生化学反应的二氧化锰混合物5填于筒型壳体中；在筒型壳体的外底部固定有作为电池电极的假底金属片6，作为电池负极的环型锌筒通过开于筒型壳体筒底1上的孔由铆钉或其他导体7与该假底金属片实现电连接；筒型壳体的上部开口由填料胶层8和端盖9密封。

为了降低环型锌筒3与假底金属片6间电连接的电阻，在上述锌锰电池结构中，二者之间还可以通过设置于环型锌筒的底部的凸条15，直接穿过筒底1与假底金属片6焊接连接(如图2所示)。该凸条15与环型锌筒为一体结构，以减小该环型锌筒与假底金属片之间的电阻，提高电池的电效率。

如图3所示为另一种锌锰电池的结构；即只有筒壁2即可构成的筒型壳体，在该筒型壳体的内壁上贴有(或与内壁通过粘合剂固定粘合在一起)由金属锌材料制成并作为电池负极活性物质的环型锌筒3，在该环型锌筒的底端设置有连接环10，周边设置有扣环11的假底金属片6与锌筒底端的连接环对应密封扣接，实现环型锌筒与假底金属片间的电连接；环型锌筒底中部设置有作为电池电能导出体的碳棒4，作为与环型锌筒起化学反应的二氧化锰混合物5填充于筒型壳体中；筒型壳体的上部开口由填料胶层8和端盖9密封。

在上述两种锌锰电池的结构中，筒型壳体一般采用由塑料材料如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、AAS等材料制成，也可以利用有机玻璃材料制成。该筒型壳体的结构还可以为涂于环型锌筒3外壁上的橡胶材料、塑料材料或玻璃钢材料凝固后形成的硬壳构成。即只要是不与填充于该筒型壳体中的二氧化锰混合物发生化学反应的材料均可，其目的就是利用该材料制备用于盛装二氧化锰混合物的容器，使之在电池的使用过程中，或环型锌筒被反应消耗完后，二氧化锰混合物不会发生对筒型壳体穿孔漏液造成电器电路腐蚀损坏及环境污染现象的发生。

为了提高筒型壳体及锌锰电池的机械强度，当然，筒型壳体如图4所示，还可以是包括由铁皮、铝皮等廉价金属板卷制而成的骨架12，和在其内壁上涂有由橡塑如环氧树脂层、热熔胶层、聚氨酯层或油漆层等有机材料或其他不与二氧化锰混合物发生化学反应的如石膏等无机材料形成的涂层13构成。由该结构筒型壳体构成的锌锰电池中，贴于涂层13上的环型锌筒3与假底金属片6(当筒型壳体包含有与其筒壁连为一体的筒底时，其筒底可以代替假底金属片6)的电连接，由穿过涂层连接于环型锌筒和假底金属片间的导线14来实现。

在上述锌锰电池的结构中，根据所压制而成的环型锌筒筒壁的薄厚，可以将环型锌筒的高度设计在壳体内壁高度的1-0.4倍之间。即当环型锌筒的筒壁较薄时，则环型锌筒的高度设计得高一些(如二者等高)，反之设计得低一些(如二者高度的比选择为0.4倍、0.5倍，或再高一些)，以减少金属锌的用量。另外该环型锌筒的形状还可以通过如图5所示的梳状结构来调整构成环型锌筒的金属锌的用量，即当环型锌筒的筒壁较薄时，则梳齿16的密度设计得大一些或该梳齿长一些；反之设计得密度小一些或梳齿短一些。其目的同样是使得构成反应负极的环型锌筒的用量正好满足与二氧化锰混合物的完全反应，以减少金属锌的用量避免浪费。

在上述锌锰电池的结构中，作为电池负极环型锌筒的金属锌材料中不含有金属构成汞、镉等有害物质。

制备锌锰电池的方法步骤为：

第一步环型锌筒的制备：将金属锌锭溶化铸成锌板，后在轧制成厚度均匀的锌片，裁制成条状，卷制成环型锌筒；

第二步  筒型壳体的制备：将塑料或橡胶材料利用注塑方法制备成带筒底或无筒底的筒型壳体；

第三步锌锰电池负极的制备：将环型锌筒套装于筒型壳体中或将环型锌筒的外筒壁上涂附上玻璃钢等材料凝固后形成电池负极，将假底金属片固定在筒型壳体的底部，并使之与环型锌筒实现电连接；

第四步组装锌锰电池：将进行电化学反应的含有二氧化锰的混合物和作为电池电能流出体的碳棒装入由筒型壳体与环型锌筒构成的容器中，再将筒型壳体顶部由盖体密封即可。

Claims (11)

1、一种锌锰电池，包括有作为电池负极的活性物质，该活性物质由金属锌材料构成，与之进行化学反应的含有二氧化锰的混合物，作为电池电能导出体的碳棒和假底金属片；其特征在于：构成该锌锰电池的结构还包括有不与所述的电池负极及所述的二氧化锰混合物发生化学反应的、由筒底和筒壁构成的筒型壳体；所述的作为电池负极的活性物质为金属锌片构成的无端盖的环型锌筒，该环型锌筒套装于所述的壳体中；所述的假底金属片设置在筒型壳体的外底部，并与所述的环型锌筒实现电连接；所述的筒型壳体顶部由盖体密封。

2、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的环型锌筒粘贴在所述壳体的内壁上，并与之构成一体结构。

3、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的环型锌筒的高度与所述壳体内壁的高度之比为1∶1-0.4。

4、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的环型锌筒为梳齿状结构。

5、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的筒型壳体为塑料或橡胶材料构成。

6、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的筒型壳体由金属板卷制而成的骨架和在其内壁上涂有橡塑材料或其他不与二氧化锰混合物发生化学反应材料构成。

7、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的筒型壳体的筒底与其筒壁为一体结构。

8、根据权利要求7所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的筒型壳体底部设置有圆孔，所述环型锌筒的底部设置有与之连为一体的导片，该导片通过穿过该圆孔导体与假底金属片实现电连接。

9、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述的筒型壳体的底部为与所述环型锌筒的底部固定连接为一体的结构。

10、根据权利要求1所述的一种锌锰电池，其特征在于：所述作为电池负极环型锌筒的金属锌材料中不含有金属构成汞、镉等有害物质。

11、制备如权利要求1所述的一种锌锰电池的方法步骤为：

第一步环型锌筒的制备：将金属锌锭溶化铸成锌板，后在轧制成厚度均匀的锌片，裁制成条状，卷制成环型锌筒；

第二步筒型壳体的制备：将塑料或橡胶材料利用注塑方法制备成带筒底或无筒底的筒型壳体；

第三步锌锰电池负极的制备：将环型锌筒套装于筒型壳体中或将环型锌筒的外筒壁上涂附上玻璃钢等材料凝固后形成电池负极，将假底金属片固定在筒型壳体的底部，并使之与环型锌筒实现电连接；

第四步组装锌锰电池：将进行电化学反应的含有二氧化锰的混合物和作为电池电能导出体的碳棒装入由筒型壳体与环型锌筒构成的容器中，再将筒型壳体顶部由盖体密封即可。

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