CN202042564U - 一种可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种可更换极板的平板式二次锌镍电池,本实用新型将负极设置为由金属板或金属支架附着负极活性物质的板式结构,负极活性物质包覆住金属板或金属支架或者位于在与正极板的接触面;正极设置为泡沫镍集流体与氢氧化镍活性物质组成的板式结构,在正极板上采用聚丙烯透离子隔膜包覆;电解质位于正、负电极板之间;在每一单体电池壳体上、下各开设有一压液阀。本实用新型具有比能量大,原材料来源广泛,生产成本低、电池使用寿命长,便于更换正负极极板、并能够回收极板、不污染环境的显著优点。

Description

一种可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池
技术领域
本实用新型属锌镍电池结构技术领域。 
背景技术
现有的锌镍二次电池具有比能量高(达到60-85whKG-1),比功率大(达到200-250wKG-1),开路电压高(1.75V),工作温度适用范围大(-20-60℃),可大电流充放电等特点,原材料来源广泛,资源丰富,生产工艺成熟,成本低,生产使用、回收均能达到环境保护标准,生产动力电池和风能、太阳能储能电池具有广泛的应用前景。但是锌电极生长晶枝,电极变形问题,严重制约锌镍电池的商品化进程。制作循环寿命长的新型锌镍电池,成为化学储能电池的迫切任务。为此人们研发了液流电池,如全钒液流电池,正极反应时V5+和V4+之间的氧化还原,负极反应时V2+和V3+之间的氧化还原。正负极之间的活性物质均溶解于溶液中,正负极之间氧化还原反应发生在惰性集流体上(如石墨毡),正负极之间用离子交换膜隔开,避免正负极电解液在电池内混合。其技术核心是进行氧化还原反应的活性物质,都在电解液中,电池电极只是作为反应的场所,而储存活性物质由罐体承担。由于液流电池电流密度不均匀,极耳附近腐蚀较明显,影响了电池的使用寿命,另外,电池在过充时,容易泄漏电解液,从而使电池早衰。当对电池施行废物利用,拆卸分开时,必须破坏壳体,没有做到物尽其用。液流电池的功率与容量是分离的,寿命虽然长,但电池占用空间大,电解液还需进行不断地补充和更换,这是液流电池的主要特点。如全钒液流电池(US006764789),半液流专利(CN101127393A)采用液泵储液罐等装置制备一种锌镍液流电池,又如专利200810031488.9,做成静态单液流电池,勿需泵和储液罐负极锌盐溶解并储存在电解液中,充放电时,锌盐和锌在电解液和集流体之间转换。但是他们都不可能更换极板和电解液。
发明内容
       本实用新型的目的正是为了克服现有锌镍二次电池存在的上述缺陷而提供一种比能量大,原材料来源广泛,生产成本低、电池使用寿命长,便于更换正负极极板、更换电解液,并能够对极板回收利用、不污染环境的便于更换正负极极板与电解液的平板式二次锌镍电池。 
本实用新型的的目的是通过如下技术方案来实现的。
一种可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,包括正、负电极、电解质和壳体,其特征在于,本实用新型将负极设置为由金属板或金属支架附着负极活性物质的板式结构,负极活性物质包覆住金属板或金属支架或者位于在与正极板的接触面;正极设置为含镍材料或泡沫镍集流体与氢氧化镍活性物质组成的板式结构,在正极板上采用聚丙烯透离子隔膜包覆;电解质位于正、负电极板之间;在每一单体电池壳体上、下各开设有一阀门。
本实用新型将每个单体电池的壳体设置为由两个盒体相对扣接而成,盒体材料为绝缘体;将负极的集流体设置为负极活性物质包覆三维铜带,电解质采用凝胶状包覆住负极板或位于正、负极板接触面之间;正、负极导电极柱的外接端从盒体上的开孔伸出,内接端分别与盒体内的正、负极板的极耳连接。
本实用新型将电解质设置为液体。
本实用新型将电解质设置为在块状的导电毡类物上浸润电解液。
本实用新型将盒体设置为一框架,正、负极板采用机械连接方式相对应连接在框架上;直接将正、负极板位于框架的两侧的外露面作为正、负电极。
本实用新型可将两个以上电池正、负极连接重叠,形成似双极性电池的电池堆。
本实用新型将正、负极的板厚度与极间距离设置为相同。
 本实用新型在泄气阀内设置有憎水泡沫体。
本实用新型在两盒体的扣接处各设置一凸块靠连接,并在靠连接的两凸块的接缝上环整个单体电池的壳体设有环箍带。
本实用新型的优点是,电池具有加工成本低,电池正、负极板可更换、更换操作方便,电池使用寿命长,能够综合一次电池和二次电池的性能的优点。本实用新型适用于更换电池的方式为电动车辆能量补给方式的应用场合。本实用新型组装的电池,不因某一部件偶然损坏而整体报废,属正常报废的电池也大都因为正极变质疏松的结果,更换正极后又可继续使用。本实用新型电池也避免了双极性极板易于腐蚀短路而损坏的问题,但本实用新型也可组成似双极性电池组结构。
下面结合附图及实施例进一步阐述本实用新型内容。
附图说明
图1为本实用新型带导电极柱结构示意图;
图2为本实用新型直接将盒体侧面作为正、负极的结构示意图。
具体实施方式
实施例一  见图1,一种可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,包括壳体和位于壳体内的正、负极电解质,本实用新型特征在于,将每个单体电池的壳体设置为两个盒体1、2相对扣接而成;并将负极3设置为由金属支架附着负极活性物质的板式结构,本实施例将负极的集流体设置为三维铜带,负极的电解质5设置为凝胶状位于与正极板的接触面;正极6电解质设置为泡沫镍集流体4的板式结构;正极6采用聚丙烯透离子隔膜16包覆;在每一单体电池壳体上下各开设有一阀门9。在阀门内设置有憎水泡沫体13收住液体。
本实用新型技术方案还可将电解质5直接设置为电解液或者在块状的导电毡类物上浸润电解液。
图1中,本实用新型将盒体材料设置为塑料,将正、负极导电极柱7、8的外接端从盒体上的开孔伸出,内接端分别与设置在盒体内正、负极的极耳连接。盒体材料用塑料,在两盒体的相对扣接处采用凸块10和11靠接,并在接缝口内垫有橡胶垫12防漏液。在两盒体凸块10和11组成的凸块上,环整个壳体的接缝14采用专门的紧固工具封有环箍带15,以防止盒扣脱开。
实施例二  见图2,本实用新型实施例还可将盒体设置为一框架17,正、负极板采用机械连接方式相对应连接在框架上,如图中在上下两端采用沉头螺钉18连接;本实施例直接将正、负极板位于框架的两侧的外露面作为正、负电极。这种结构可以将若干个单体电池重叠在一起,形成似有双极性电池性能的电池结构。图中3a为锌金属板,3b为负极活性物质;6a为正极镍板,6b为正极活性物质。盒体框架材料设置为非导体,在框架与正、负极板的靠接处设置有橡胶绝缘垫12,(图中箭头为正、负极的极流方向),将正、负极引接后便形成电流。这样可将若干个单体电池水平重叠起来成为双极性能的电池组。在每一单体电池壳体上下各开设有一阀门9,电解质5设置为凝胶状物质。
本实用新型实施例可将正、负极的板厚度与极间距离设置相同。  
       本实用新型电池负极集流体为经镀锡处理的三维穿孔黄铜带,负极活性物质为氧化锌、锌粉、导电碳黑、CMC、PTFE、HPMC、PVA 等粘结剂,制浆轧制,压合在集流体上,烘干后浸没在凝胶电解质中。凝胶电解质为锌盐、KOH、LiOH、NaOH凝胶制成。凝胶具有耐碱性和有较好的导电性。
       电池正极集流体为泡沫镍,将羟基镍、氧化镍、氧化亚钴、耐高温耐氧化导电碳黑,加上PTFE、HPMC、PVA等粘结剂,制成浆料,涂在泡沫镍上,烘干压片制成正极片,包裹聚丙烯接枝隔膜,作为待装配或更换用的正极片使用。正极片应封装在塑料袋中待用。
       单元电池可以水平或侧向叠加成所需电压的电池组。由于正负极片是对称安装,导电极柱分别由电池盒的两端出线,使正负极片各部分的电流密度均匀,而且电池组的连线方便。    本实用新型的工作原理是:镍电极是正极,氧化锌和锌活性物是负极。电解液是凝胶状物质,其中有锌盐、KOH、NaOH、LiOH、H2O耐碱凝胶剂组成的胶体电解质。
                                                 
Figure 2011201541529100002DEST_PATH_IMAGE001
本实用新型将锌镍电池的极板活性物质做成便于更换的结构方式,采用固态存储极片和电解质,勿需液态存储罐和泵送装置,只需人工拆出旧的电池极板,安装新的电池极板,即可恢复电池的充放电功能。
本实用新型负极采用镀锡的三维黄铜带为负极的集流体,活性物质为锌粉,氧化锌并用CMC、HPMC、PTFE等粘结剂,化学镀铅、铋的导电碳黑,做成憎水导电层,形成不易脱粉的负极板,将其化成并包裹在凝胶电解质中,形成负极电极板。凝胶状电解液为可溶性锌盐:Ba(OH)2、NaOH、KOH、LiOH 碱性凝胶剂组成。
正极板的制备:用高温耐氧化石墨为导电剂,羟基镍粉、氧化亚钴、PTFE、HPMC、PVA 为粘结剂,制成浆料,涂于泡沫镍上,经加热干燥,20Mpa压制成正极板,并封存于塑料密封袋中待用。       将正负极板分别安装于可拆装的两个半电池盒内,正极加装聚丙烯接技隔膜,正负极两半电池盒通过一定的安装压力即扣装好,加上固定片即成为一只单元电池,电池的容量可做到20Ah到200Ah。
本实用新型采用可以多次充放电的负极制作工艺,正、负极板可以经过250-500次左右的充放电,才发生变形,容量衰减。在容量衰减到预定容量后,即可打开电池盒,用人工的方法更换新的负极片,电池盒可以重复使用。更换下来的负极片和正极片可以对材料进行回收,极板加工再生。通常这部份成本为第一次制作时的25%左右。制作电池的材料可重复使用,达到资源的循环利用目的。
本实用新型可采用两块极板厚度相同,极间距离一致,形成真正的平行板电容器。本实用新型盒体侧面材料设置为导体,在两盒体扣接处设置有绝缘垫,两盒体的侧面分别为正、负极的导电极,导电方向由极板流出,即电流方向与极板垂直,它使电流密度非常均匀,没有积累叠加,使电池内阻非常小,利于电流流通并且不会产生热失控,使电池应用的温度范围更宽广。
本实用新型实施例二的电流由一个侧面进入,从另一个侧面流出,根据电池所需电压可由若干个单体电池叠加组成,形成电池堆,同时具有了似双极性电池的结构。电池组整个电池组结构变得简单,易于装拆、回收再生。电池极板用相应隔膜包裹之外,还注入有一定疏水性的凝胶固定电极活性物质,让它在震动时不易松脱,并保证气体的流通。电池组由多块极板和具有可压缩性、绝缘胶圈及不导电的强度好的紧固圈组成。可在每一个单元电池的橡胶垫圈上有一个小孔,装上单向安全阀,它是维护电池和添加电解液的孔径。这种结构电池的优越性:它不会因电池某一部件偶然损坏而整体报废,属正常报废的时候也多因为正极变质疏松的结果,只需更换正极即可继续使用。

Claims (9)

1.一种可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,包括正、负电极、电解质和壳体,其特征在于,将负极设置为由金属板或金属支架集流体附着负极活性物质的板式结构;正极设置为含镍材料或泡沫镍集流体与氢氧化镍活性物质组成的板式结构,在正极板上采用聚丙烯透离子隔膜包覆;电解质位于正、负电极板之间;在每一单体电池壳体上、下各开设有一阀门。
2.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,其特征在于,将每个单体电池的壳体设置为由两个盒体相对扣接而成,盒体材料为绝缘体;将负极的集流体设置为负极活性物质包覆三维铜带,电解质采用凝胶状包覆住负极板或位于正、负极板接触面之间;正、负极导电极柱的外接端从盒体上的开孔伸出,内接端分别与盒体内的正、负极板的极耳连接。
3.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式的锌镍二次电池,其特征在于,将电解质设置为液体。
4.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式的锌镍二次电池,其特征在于,将电解质设置为在块状的导电毡类物上浸润电解液。
5.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式的锌镍二次电池,其特征在于,将盒体设置为一框架,正、负极板采用机械连接方式相对应连接在框架上;直接将正、负极板位于框架的两侧的外露面作为正、负电极。
6.根据权利1或5所述的可更换极板与电解质的平板式的锌镍二次电池,其特征在于,可将两个以上电池正、负极连接重叠,形成似双极性电池的电池堆。
7.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式的锌镍二次电池,其特征在于,将正、负极的板厚度与极间距离设置为相同。
8.根据权利1所述的可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,其特征在于,在泄气阀内设置有憎水泡沫体。
9.根据权利1或2所述的可更换极板与电解质的平板式锌镍二次电池,其特征在于,在两盒体的扣接处各设置一凸块靠连接,并在靠连接的两凸块的接缝上环整个单体电池的壳体设有环箍带。
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