CN208272078U - 一种锌空电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锌空电池，包括：电池外壳、第一集流体、锌膏、隔膜、空气电极、正极极耳、负极极耳、第一铆钉及第二铆钉，电池外壳包括正极壳与负极壳，正极壳的壳面上设置有镂空窗口；第一集流体设置于负极壳上，锌膏设置于第一集流体上，隔膜设置于锌膏上，空气电极设置于隔膜上，正极壳设置于空气电极上；第一铆钉穿过负极壳上的通孔与第一集流体连接；负极极耳连接第一铆钉的钉帽；第二铆钉穿过所述镂空窗口与空气电极连接；正极极耳连接第二铆钉的钉帽。本实用新型增加了电池反应的氧气量；极耳从铆钉处引出，避免了电池漏液和爬碱，提升了电池的综合性能。

Description

一种锌空电池

技术领域

本实用新型涉及一种化学电源，尤其涉及一种锌空电池。

背景技术

锌空气电池(zinc air battery)，也称为锌-氧空气电池，是以空气中的氧气为正极活性物质，金属锌为负极活性物质的一种新型化学电源。锌空气电池是一种半蓄电池半燃料电池。首先，负极活性物质同锌锰、铅等蓄电池一样封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自电池外部的空气中所含的氧，理论上有无限容量，是燃料电池的典型特征。

随着化石能源的日益枯竭以及人们的环保意识逐渐加强。各国都积极对高效能量储存和转化电化学装置开展研究。对于一次锌空气电池，由于具有能量高、价格便宜、制备简单、安全和环境友好等优势引起人们广泛关注。

锌空电池以空气中的氧气作为正极，锌作为负极，氢氧化钾水溶液作为电解液，在催化剂的催化作用下负极锌被氧化生成氧化锌，正极氧气被还原成氢氧根，由于正极不需要储存在电池中，可以有更多的空间来存储负极锌，因此锌空电池能够提供较其它电池相对更多的能量。

锌空气电池可以表达为：

(-)Zn|KOH|O2(+)

锌空气电池放电时阳极和阴极发生的电化学反应为：

Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e-

Zn(OH)42-→ZnO+2OH-+H2O

O2+2H2O+4e-→4OH-

总的电化学反应为：

2Zn+O2→2ZnO

由于锌空电池的正极是空气中的氧，使得其必须为一种开放式结构。现有锌空电池正极壳中往往开有一定数量的小孔，气孔总面积比例过小使得进入电池中参与反应的氧气量不足，从而影响电池放电性能。专利授权公告号CN207009610，公开了一种锌空电池，包括负极集流装置和分别固定在负极集流装置两侧的正极固定装置，该实用新型通过增加一个正极装置提高氧气进入部分，保证锌粉反应充分，延长放电时间，提高材料利用率。但是增加一个电极必然会增大电池体积，同时电池制作也较复杂。电池在使用过程中会发生挤压现象，会导致电池漏液现象。锌空电池正负极壳常采用金属壳，集流体常采用铜或镍单质，在放电或存储过程中这些金属易与锌膏形成原电池发生电化学腐蚀反应，从而降低了电池的放电性能以及存储寿命。锌空电池的金属极耳常从正负极壳接触的边界处引出，容易发生漏液和爬碱，一旦极耳被腐蚀断裂会导致电池连接中断，无法正常工作，降低了电池的可靠程度。

鉴于此，为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种锌空电池。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种锌空电池，用于解决现有技术中参与电池反应的氧气量不足，从而影响电池放电性能，电池发生漏液和爬碱，以及极耳被腐蚀断裂导致电池连接中断，无法正常工作，降低电池可靠程度等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种锌空电池，所述锌空电池至少包括：电池外壳、第一集流体、锌膏、隔膜、空气电极、正极极耳、负极极耳、第一铆钉及第二铆钉；

所述电池外壳包括正极壳与负极壳，所述正极壳的壳面上设置有镂空窗口；

所述第一集流体设置于所述负极壳上，所述锌膏设置于所述第一集流体上，所述隔膜设置于所述锌膏上，所述空气电极设置于所述隔膜上，所述正极壳设置于所述空气电极上；

所述第一铆钉的钉杆穿过所述负极壳上的通孔与所述第一集流体连接，所述第一铆钉的钉帽设置于所述负极壳的外部；

所述负极极耳连接所述第一铆钉的钉帽；

所述第二铆钉的钉杆穿过所述镂空窗口与所述空气电极连接，所述第二铆钉的钉帽设置于所述正极壳的外部；

所述正极极耳连接所述第二铆钉的钉帽。

优选的，所述正极壳包括框体及多个条形骨架，所述条形骨架的两端与所述框体的内侧壁连接，相邻所述条形骨架之间、所述条形骨架与所述框体之间形成所述镂空窗口。

优选的，所述条形骨架分别沿第一方向及第二方向设置，所述第一方向与所述第二方向垂直。

优选的，所述条形骨架为实心骨架。

优选的，所述锌空电池的横截面为方形或圆形。

优选的，所述第一集流体及所述空气电极上均设有通孔；所述第一铆钉的钉杆穿过所述负极壳及所述第一集流体上的通孔，所述第一铆钉的钉杆尾部套设第一垫片实现固定；所述第二铆钉的钉杆穿过所述镂空窗口及所述空气电极上的通孔，所述第二铆钉的钉杆尾部套设第二垫片实现固定。

优选的，所述负极壳上的通孔及所述第一集流体上的通孔位置上下对应，且距离所述负极壳外边界距离为1cm-2cm。

优选的，所述空气电极上的通孔距离所述空气电极边界距离为1cm-2cm。

优选的，所述第一铆钉与所述负极壳的通孔连接处、所述第一铆钉与所述第一集流体的通孔连接处以及所述第二铆钉与所述空气电极的通孔连接处均涂有耐碱性密封胶。

优选的，所述第一铆钉及所述第二铆钉为镀铟铆钉。

优选的，所述正极壳的内侧壁与所述负极壳的外侧壁通过密封胶相连。

优选的，所述空气电极包括催化层、第二集流体、透气层，所述第二集流体设置于所述催化层上，所述透气层设置于所述第二集流体上。

优选的，所述第一集流体为镀铟铜网或镍网。

优选的，所述电池外壳为塑料壳。

如上所述，本实用新型的锌空电池，具有以下有益效果：

本实用新型的锌空电池的正极壳为加强筋结构，能够明显增加反应的氧气量；正负极壳为塑料壳，集流体采用镀铟铜或镀铟镍，能够减缓锌腐蚀；极耳从与正负极壳接触边界一段距离的铆钉处引出，避免了电池漏液和爬碱。本实用新型的锌空电池在着力解决现有锌空电池常见问题的同时，结构简单，加工方便，成本低，适合批量化生产。

附图说明

图1显示为本实用新型的锌空电池的结构示意图。

图2显示为本实用新型的锌空电池圆形横截面示意图。

图3显示为本实用新型的锌空电池条形骨架示意图。

图4显示为本实用新型的锌空电池放电电压与时间关系图。

元件标号说明

11 负极壳

12 正极壳

20 第一集流体

30 锌膏

40 隔膜

50 空气电极

61 第一铆钉

62 第二铆钉

71 第一垫片

72 第二垫片

80 密封胶

91 第一通孔

92 第二通孔

93 第三通孔

121 框体

122 骨架

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种锌空电池，所述锌空电池包括：

负极壳11，第一集流体20，锌膏30，隔膜40，空气电极50，正极壳12，第一铆钉61、第二铆钉62、第一垫片71、第二垫片72、密封胶80、第一通孔91、第二通孔92、第三通孔93。

如图1所示，所述负极壳11位于最下方。

具体地，所述负极壳11可以采用车削或者注塑成型方式加工而成，材料为塑料，包括但不限于聚丙烯或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；所述负极壳11的壳面形状包括但不限于方形或圆形。本实施例中，所述负极壳11的壳面材料选用聚丙烯。现有技术中，锌空电池正极壳与负极壳常采用金属材料，在放电或存储过程中这些金属易与锌膏形成原电池发生电化学腐蚀反应，从而降低了电池的放电性能以及存储寿命。本实用新型锌空电池的电池外壳为塑料材料，能够减缓电化学腐蚀。

更具体地，所述负极壳11上设置有所述第一通孔91，所述第一通孔91与所述负极壳11外边界距离设定为1cm-2cm，在本实施例中，所述第一通孔91与所述负极壳11外边界距离为1.5cm。所述第一铆钉61的钉杆穿过所述负极壳11与所述第一集流体20连接，所述第一铆钉61的钉帽设置在所述负极壳11的外部。

更具体地，所述第一铆钉61为镀铟铆钉；所述第一通孔91与所述第一铆钉61的连接处涂有耐碱性密封胶以减少电池漏液。所述第一铆钉61的钉帽还连接有铜片，作为负极极耳(图中未显示)，在实际使用中，所述第一铆钉61的钉帽可直接做负极极耳使用，不以本实施例为限，负极极耳从与负极壳11接触边界一段距离的第一铆钉61处引出，避免了电池漏液和爬碱。

如图1所示，所述第一集流体20设置于所述负极壳11之上。

具体地，所述第一集流体20上设置所述第二通孔92，在本实施例中，所述第二通孔92与所述第一通孔91位置上下对应。第一铆钉61钉杆尾部穿过第二通孔92，第一铆钉61的钉杆尾部套设第一垫片71实现固定，具体的，第一垫片71套在第一铆钉61尾端，并使用锤子等器物敲击第一铆钉61尾端完成铆合，第一垫片71用于加强铆合的紧固性，通过第一铆钉61与第一垫片71铆合，完成负极壳11与第一集流体20的密封与固定。第一集流体20为镀铟铜网或镍网，上面开有气孔，现有技术中，集流体常采用铜或镍单质，在放电或存储过程中这些金属易与锌膏形成原电池发生电化学腐蚀反应，从而降低了电池的放电性能以及存储寿命，本实用新型第一集流体20采用镀铟铜网或镍网，能减少放电或存储过程中金属易与锌膏形成原电池发生电化学腐蚀。

具体地，所述第一铆钉61为镀铟铆钉；所述第二通孔92与所述第一铆钉61的连接处涂有耐碱性密封胶以减少电池漏液。

如图1所示，所述锌膏30平铺于所述第一集流体20之上。

具体地，所述锌膏30由锌粉混合物和碱性电解液混合而成，质量比100：35～50，制备方法如下：

(1)锌粉混合物由无汞锌粉、胶凝剂、缓蚀剂按质量比100:1～1.5：0.2～0.5混合而成，胶凝剂包括聚丙烯酸和聚丙烯酸酯等，缓蚀剂为氧化铟、氢氧化铟、氧化铋、氢氧化钙等的一种或多种。

(2)碱性电解液为饱和氧化锌氢氧化钾溶液，氢氧化钾质量浓度为30％～50％。

(3)将得到的锌粉混合物和碱性电解液混合，搅拌30分钟，再抽真空5-10分钟便得到所述锌膏30。

如图1所示，所述隔膜40设置于所述锌膏30之上，用于将电池正负极绝缘隔离，防止短路。

如图1所示，所述空气电极50设置于所述隔膜40之上，并设置于所述正极壳12内。所述空气电极50上设置有第三通孔93，第三通孔93距离空气电极50外边界距离设定为1cm-2cm，在本实施例中，所述第三通孔93与所述空气电极50外边界的距离为1.5cm。所述,第二铆钉62钉杆穿过正极壳12上镂空窗口部分与空气电极50上的第三通孔93连接，第二铆钉62的钉帽设置于正极壳12一侧；第二铆钉62的钉杆尾部套设第二垫片72实现固定，具体的，第二垫片72套在第二铆钉62尾端，并使用锤子等器物敲击第二铆钉62尾端完成铆合，第二垫片72用于加强铆合的紧固性，通过第二铆钉62与第二垫片72铆合，完成空气电极50的固定；第二铆钉62为镀铟铆钉；第三通孔93上下侧均涂有耐碱性密封胶以减少电池漏液。所述空气电极50包括催化层、第二集流体、透气层，所述第二集流体设置于所述催化层上，所述透气层设置于所述第二集流体上。所述第二铆钉62的钉帽还连接有铜片，作为正极极耳(图中未显示)，在实际使用中，所述第二铆钉62的钉帽可直接做正极极耳使用，不以本实施例为限，正极极耳从与正极壳12接触边界一段距离的第二铆钉62处引出，避免了电池漏液和爬碱。

如图1所示，所述正极壳12位于最上层，所述正极壳12与所述负极壳11通过密封胶密封，构成电池外壳。

具体地，所述正极壳12包括框体121及多个条形骨架122，条形骨架的两端与框体的内侧壁连接，相邻条形骨架之间、条形骨架与框体之间形成镂空窗口以增加空气进入量。条形骨架122在所述正极壳12壳面所在平面内可沿任意多个方向设置，在本实施例中，所述条形骨架122设置于两个方向，分别为第一方向及第二方向，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直，在实际使用中，所述第一方向与所述第二方向的夹角可小于90度，不以本实施例为限。更具体地，条形骨架包括但不限于实心骨架或条形骨架面向正极壳12内侧方向一侧面设有凹槽或条形骨架上设置气孔，现有技术中任意可实现加强筋结构的条形骨架均适用于本实用新型，如图3所示，本实施例中优选为实心骨架。

具体地，所述正极壳12可以采用车削或者注塑成型方式加工而成，材料为塑料，包括但不限于聚丙烯或者丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，所述正极壳12的壳面形状包括但不限于方形或圆形。本实施例中，所述正极壳12壳面材料选用聚丙烯，以减缓电化学腐蚀。

具体地，正极壳12内侧涂覆耐碱的环氧树脂密封胶，铆接好的空气电极50置于正极壳12内并扣置于负极壳11外侧壁之上，待密封胶固化后便得到所述锌空电池。

本实施例中优选正极壳12壳面面采用加强筋结构，有用于空气进入的镂空窗口，该结构可增大空气流通量，增大空气电极提供的氧气量。负极壳11与第一集流体20通过第一铆钉61与第一垫片71固定，空气电极50通过第二铆钉62与第二垫片72固定，并且在第一通孔91、第二通孔92，第三通孔93上下侧均涂有耐碱性密封胶，正极壳12内侧边缘涂覆耐碱的环氧树脂密封胶以减少电池漏液，铆接好的空气电极50置于正极壳12内并扣置于负极壳11外侧壁之上，密封胶固化成锌空电池，从距离负极壳11与正极壳12接触边界一段距离的第一铆钉61的钉帽与第二铆钉62的钉帽分别作为负极极耳与正极极耳，该结构避免了电池漏液和爬碱，提高了电池可靠性，正极壳12壳面与负极壳11壳面为塑料壳，第一集流20体采用镀铟铜或镀铟镍，能够减缓锌腐蚀，提高了电池的使用寿命。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种锌空电池，与实施例一不同之处在于，本实施例中锌空电池的横截面为圆形，且所述条形骨架122的设置方向为第一方向与第二方向，第一方向与第二方向夹角小于90度。其他结构与实施例一相同，在此不一一赘述。

图4是本实用新型的锌空电池的放电电压与时间关系图，本实用新型的锌空电池为恒功率，该锌空电池放电平稳，性能良好。且电池搁置2个月未有爬碱和漏液。

综上所述，本实用新型提供一种锌空电池，包括：电池外壳、第一集流体、锌膏、隔膜、空气电极、正极极耳、负极极耳、第一铆钉及第二铆钉；所述电池外壳包括正极壳与负极壳，所述正极壳的壳面上设置有镂空窗口；所述第一集流体设置于所述负极壳上，所述锌膏设置于所述第一集流体上，所述隔膜设置于所述锌膏上，所述空气电极设置于所述隔膜上，所述正极壳设置于所述空气电极上；所述第一铆钉的钉杆穿过所述负极壳上的通孔与所述第一集流体连接，所述第一铆钉的钉帽设置于所述负极壳的外部；所述负极极耳连接所述第一铆钉的钉帽；所述第二铆钉的钉杆穿过所述镂空窗口与所述空气电极连接，所述第二铆钉的钉帽设置于所述正极壳的外部；所述正极极耳连接所述第二铆钉的钉帽。本实用新型一次锌空电池正极壳为加强筋结构，能够明显增加反应的氧气量，延缓了锌空电池的自放电速率；正负极壳为塑料壳，集流体采用镀铟铜或镀铟镍，能够减缓锌腐蚀；极耳从与正负极壳接触边界一段距离的铆钉处引出，避免了电池漏液和爬碱，提升了一次锌空电池的综合性能。本实用新型一次锌空电池在着力解决现有锌空电池常见问题的同时，结构简单，加工方便，成本低，适合批量化生产。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种锌空电池，其特征在于，所述锌空电池至少包括：电池外壳、第一集流体、锌膏、隔膜、空气电极、正极极耳、负极极耳、第一铆钉及第二铆钉；

所述电池外壳包括正极壳与负极壳，所述正极壳的壳面上设置有镂空窗口；

所述第一集流体设置于所述负极壳上，所述锌膏设置于所述第一集流体上，所述隔膜设置于所述锌膏上，所述空气电极设置于所述隔膜上，所述正极壳设置于所述空气电极上；

所述第一铆钉的钉杆穿过所述负极壳上的通孔与所述第一集流体连接，所述第一铆钉的钉帽设置于所述负极壳的外部；

所述负极极耳连接所述第一铆钉的钉帽；

所述第二铆钉的钉杆穿过所述镂空窗口与所述空气电极连接，所述第二铆钉的钉帽设置于所述正极壳的外部；

所述正极极耳连接所述第二铆钉的钉帽。

2.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述正极壳包括框体及多个条形骨架，所述条形骨架的两端与所述框体的内侧壁连接，相邻所述条形骨架之间、所述条形骨架与所述框体之间形成所述镂空窗口。

3.根据权利要求2所述的锌空电池，其特征在于：所述条形骨架分别沿第一方向及第二方向设置，所述第一方向与所述第二方向垂直。

4.根据权利要求2或3所述的锌空电池，其特征在于：所述条形骨架为实心骨架。

5.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述锌空电池的横截面为方形或圆形。

6.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述第一集流体及所述空气电极上均设有通孔；所述第一铆钉的钉杆穿过所述负极壳及所述第一集流体上的通孔，所述第一铆钉的钉杆尾部套设第一垫片实现固定；所述第二铆钉的钉杆穿过所述镂空窗口及所述空气电极上的通孔，所述第二铆钉的钉杆尾部套设第二垫片实现固定。

7.根据权利要求6所述的锌空电池，其特征在于：所述负极壳上的通孔及所述第一集流体上的通孔位置上下对应，且距离所述负极壳外边界距离为1cm-2cm。

8.根据权利要求6所述的锌空电池，其特征在于：所述空气电极上的通孔距离所述空气电极边界距离为1cm-2cm。

9.根据权利要求6所述的锌空电池，其特征在于：所述第一铆钉与所述负极壳的通孔连接处、所述第一铆钉与所述第一集流体的通孔连接处以及所述第二铆钉与所述空气电极的通孔连接处均涂有耐碱性密封胶。

10.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述第一铆钉及所述第二铆钉为镀铟铆钉。

11.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述正极壳的内侧壁与所述负极壳的外侧壁通过密封胶相连。

12.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述空气电极包括催化层、第二集流体、透气层，所述第二集流体设置于所述催化层上，所述透气层设置于所述第二集流体上。

13.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述第一集流体为镀铟铜网或镍网。

14.根据权利要求1所述的锌空电池，其特征在于：所述电池外壳为塑料壳。