CN2271748Y - 内氧式圆柱形锌-空气电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内氧式圆柱形锌-空气电池，它的正极为空气电极，负极为锌电极，内氧式圆筒状高性能多孔状电催化氧还原空气电极置于电池中央，糊状锌电极充填于空气电极外侧与电池筒壳之间，电池壳为电池负极集流体。本实用新型的电池容量大(3AH)、比能量高(210Wh/Kg)、自放电率低(年损失小于5％)、成本低、安全可靠，其结构新颖合理，适合工业化生产，它适合于长期连续小电流放电的场合，特别适用于BP机等低功率便携式电子产品。

Description

内氧式圆柱形锌-空气电池

本实用新型公开了一种内氧式圆柱形锌-空气电池，它属于电化学技术领域。

锌-空气电池的电化学原理为：在碱性电解液中，空气电极上发生氧气还原为氢氧根离子的阴极反应，电极电位较正；而锌电极上发生锌氧化生成氧化锌的阳极反应，电极电位较负，由此二者组成电池时，就可对外提供电能，其电动势为1.6V。由于锌-空气电池有一半电化学当量的反应物质是空气中的氧气，不需要贮存在电池中，因此该电池可以提供比普通一次性电池(如干电池、碱性锌锰电池)大得多的比能量，并节省大量资源。由于这一突出优点，人们已研制生产了若干种形式的锌-空气电池，如扣式锌-空气电池，方形锌-空气电池。这些电池的空气电极均为平板形，与市场上广泛使用的小型标准化圆柱电池(如AA及AAA型)不能互换使用，极大地限制了其使用范围。虽然有人[陆天虹等《电源技术》，2(5)1980；H.R.Espig and D.F.Porter“8th In-ternational Power Sources Symposium”P.535-552(1972)；吴智远：中国专利，ZL94206870.X(940320)]报导过圆柱形锌-空气电池的制备方法，但采用的均为外氧式空气电极，工艺复杂，密封性差，不适宜工业化生产而未能商品化。

本发明的目的在于：为获取一种比能量大、自放电率低、结构科学合理、易于工业化规模生产的具有标准化尺寸的小型圆柱形锌-空气电池。它的空气电极应能采用内氧式不断地有空气供给，且做成的电池应能与市售标准的电池互相替换。

为实现本发明目的所采取的主要技术措施有：采用内氧式空气电极结构。其特征为：内氧式空气电极(正极)(7)置于电池中央，锌电极(负极)(4)填充于空气电极与外壳(5)之间，外壳为负极集流体；内氧式空气电极为筒状，空气(氧)从简内侧进入；空气进入孔(1)开在正极帽(2)的帽端；π型正极帽下部圆筒外壁与空气电极内壁为紧密接触电连接；电池外壳采用铜或铜合金。

内氧式空气电极是电池的关键部分。它是一种高性能多孔状电催化氧还原电极，加工成圆筒形，其外表为催化层(10)(由化学制备的锰或钴氧化物或银粉、活性炭、粘合剂组成)，内层为防渗层(12)(由乙炔黑、聚四氟乙烯、粘合剂组成)，催化层与防渗层中间夹放着集电用的泡沫镍片(11)。空气电极顶部有塑料密封圈(3)、下部为塑料筒底(9)。密封圈、筒底和空气电极筒卷边接缝，采用精密注塑工艺整体成形。密封圈上嵌入正极金属帽，金属帽呈“π”形，下部圆筒插入空气电极，圆筒外壁与空气电极内壁紧密接触，有可靠的电连接。正极帽帽端两侧面对称开有一对或两对空气进气孔，孔径依所需电流大小为0.2～1.5mm。空气由空气进气孔(1)进入空气电极中央气室，再经防渗层扩散至催化层，在催化层孔隙中与电解液接触并发生反应。由于防渗层的憎水作用，空气电极外侧的电解液不能通过防渗层渗漏。

锌电极为糊状锌膏，由金属锌粉、氧化锌、缓蚀剂、粘稠剂和氢氧化钾电解质溶液组成。隔膜材料为无纺塑料纤维布。电池外壳材料为紫铜或黄铜、锌、钢筒内镀锌、塑料筒内嵌集电铜片。

本实用新型所描述的内氧式圆柱形锌-空气电池与已有技术相比较，它具有如下优点：(1)正极和负极可分为相对独立的两部分，便于加工和装配；(2)增加了盛装负极物质的体积，提高了电池容量；(3)扩大了负极集流面积，提高了电池效率；(4)封装更为严密，防止了漏碱；(5)免除了点焊连接，有利于工业连续生产；(6)进气孔开在正极帽端，既可保证气路畅通，又便于包装。

附图说明：

图1是内氧式圆柱形锌-空气电池结构图。

图1中1—进气孔；2—正极金属帽；3—塑料密封圈；4—糊状锌电极；5—外壳；6—隔膜；7—内氧式空气电极；8—空气室；9—塑料筒底。

图2是空气电极的剖面图。

图2中10—空气电极催化层；11—空气电极集流泡沫镍片；12—空气电极防渗漏层。

实施例1

由本实用新型制成的AA型锌-空气电池。

将0.2mm厚的导电多孔聚四氟乙烯透气防水膜两层，中间夹放泡沫镍片，以及一层0.2mm厚的氧还原催化膜(组成为：70％活性炭，15％化学制备的锰氧化物MnO_2±δ，15％聚四氟乙烯，混合均匀后碾压成膜)在25Kg/CM²压力下压制成0.7mm厚的电极片，裁剪成所需面积并特制成内径为5mm的筒状，然后在特制注塑模中制成一端有塑料密封圈，一端有底盖并密封接缝的正极蕊。在正极蕊外表面包上隔膜(无纺塑料纤维布)。在塑料密封圈上嵌入正极帽，正极帽端两侧开有一对0.5mm的进气孔，在清洁紫铜外壳中，注入4ml糊状锌膏(锌负极组成为：66％高纯度锌粉；4％缓蚀剂；4％羧甲基醋酸纤维酯，加入浓度为40％KOH溶液调制而成)，此即为电池负极。在电池外壳上端滚槽口涂一层防碱密封胶，再插入正极蕊，使塑料密封圈在滚槽上到位，然后用机械封口。

组装后的电池外形尺寸：直径14.0₀ ^+0.5mm，高49.5₀ ^+0.5mm。电池开路电压＞1.4V，电池容量＞4.0Ah，放电电压＞1.2V。年自放电率＜5％。

实施例2

按实施例1所述制成正、负两种电极，组装成AAA型电池，电池外形尺寸：直径9.5₀ ^+0.5mm，高43.5₀ ^+0.5mm，电池开路电压＞1.4V，放电电压＞1.2V；电池容量＞1.5Ah，年自放电率＜5％。

Claims (4)

1.一种内氧式圆柱形锌-空气电池，其特征在于：它的正极为空气电极(7)，负极为锌电极(4)，内氧式圆筒状多孔电催化氧还原空气电极置于电池中央，糊状锌电极充填于空气电极外侧与电池外壳(5)之间，电池壳为电池负极集流体，空气电极顶部有密封圈(3)，下部为塑料筒底，密封圈、筒底和空气电极筒卷边连接，采用注塑工艺整体成型。

2.按权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于：电池的圆筒状多孔电催化氧还原空气电极，它的外表为催化层(10)，内层为防渗层(12)，催化层与防渗层中间夹放泡沫镍片(11)；催化层由催化剂、活性炭、粘合剂组成，防渗层由乙炔黑、聚四氟乙烯、粘合剂组成；空气电极(正极)的空气进气孔(1)开在正极帽端(2)的两侧，进气孔的孔径为≥0.2到1.5mm。

3.按权利要求1和2所述的锌-空气电池，其特征在于：空气电极采用防水透气膜复合高活性催化层结构，催化剂为化学制备的锰、钴氧化物或银粉。

4.按权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于：锌-空气电池外壳尺寸型号可加工成标准的市售电池的外壳尺寸型号。