CN2924803Y - 锌－空气电池组 - Google Patents
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Abstract
一种锌－空气电池组，该电池组包括密封在电池组壳体内的多节方形锌－空气单电池，该电池组壳体上包括进气孔，每节锌－空气单电池正极壳体的表面包括主表面和与主表面垂直的四个辅表面，每节锌－空气单电池正极壳体的主表面上包括与正极腔室相通的进气孔，其中，相邻的锌－空气单电池的辅表面相对，且所述电池组壳体上的进气孔的至少一部分位于与单电池的正极壳体的主表面相叠合的面上，所述主表面为锌－空气单电池正极壳体面积最大的表面。本实用新型提供的锌－空气电池组更有利于空气的进入，增加了空气进入电极内的扩散速度，使电池的放电电流得到显著提高。此外，该电池组体积小，方便携带。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种电池，更具体地说，本实用新型是关于一种锌-空气电池组。
背景技术
锌-空气电池具有容量高、比能量大、工作电压平稳等优良性能而广受人们关注。锌空气电池包括圆柱形、方形和扣式电池三种。扣式锌-空气电池是研究最多的一种，也是技术最成熟的一种，现在已经成功应用于助听器等设备种。但是，将锌-空气电池，尤其是方形锌-空气电池替代锂离子电池用于手机中的研究还比较少。
CN2416616Y公开了一种可用于手机的锌-空气电池组，该电池组为将三节相同的锌-空气单电池叠加并密封在一电池壳体内，每节单电池间的相邻面为空气正极或锌负极壳体的主表面，单体电池与单体电池之间用垫块隔开，形成空气通道。电池组壳体的三个侧面均设置有透气孔。这种叠加式锌-空气电池的每节单电池之间虽然有垫块隔开而形成空气通道，但是空气流通性能仍然不理想，电池的放电电流小，此外，在每节电池中间增加垫块还使电池的体积增加，不方便携带。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有锌-空气电池组的放电电流小的缺陷而提供一种具有大放电电流的方形锌-空气电池组。
本实用新型的发明人发现，现有的由多节单电池制备得到的锌-空气电池组通常是叠片式结构，即，每节单电池间的相邻面为空气正极或锌负极壳体的主表面，每节单电池的进气孔都设置在空气正极壳体的主表面上，以CN2416616Y公开的锌-空气电池组为例，虽然电池组壳体的三个侧面均设置有透气孔，但是位于中间的单电池空气正极主表面周围的气体流通空间窄，空气进入电极内的扩散速度慢，导致电池以及电池组的放电电流小。
本实用新型提供了一种锌-空气电池组，该电池组包括密封在电池组壳体内的多节方形锌-空气单电池，该电池组壳体上包括进气孔，每节锌-空气单电池正极壳体的表面包括主表面和与主表面垂直的四个辅表面，每节锌-空气单电池正极壳体的主表面上包括与正极腔室相通的进气孔，其中，相邻的锌-空气单电池的辅表面相对，且所述电池组壳体上的进气孔的至少一部分位于与单电池的正极壳体的主表面相叠合的面上，所述主表面为锌-空气单电池正极壳体面积最大的表面。
与常见的叠加式锌-空气电池组相比，本实用新型提供的锌-空气电池组更有利于空气的进入，电池组中每节单电池的空气正极都能完全与空气接触，保证了空气流通的畅通，增加了空气进入电极内的扩散速度，使电池的放电电流得到显著提高。此外，优选情况下，将聚四氟乙烯防水透气膜代替传统的防水透气层结构，使空气正极的制备更简单，空气正极的性能更好，还压缩了空气正极占据的空间，减小了电池组的体积，使之更方便携带。
附图说明
图1为本实用新型提供的锌-空气电池组剖视图；
图2为本实用新型提供的锌-空气电池组剖视图；
图3为锌-空气单电池的剖视图；
图4为锌-空气单电池空气正极主视图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型。
按照本实用新型提供的锌-空气电池组，该电池组包括密封在电池组壳体内的多节方形锌-空气单电池，该电池组壳体上包括进气孔，每节锌-空气单电池正极壳体的表面包括主表面和与主表面垂直的四个辅表面，每节锌-空气单电池正极壳体的主表面上包括与正极腔室相通的进气孔，其中，相邻的锌-空气单电池的辅表面相对，且所述电池组壳体上的进气孔的至少一部分位于与单电池的正极壳体的主表面相叠合的面上，所述主表面为锌-空气单电池正极壳体面积最大的表面。
按照本实用新型，电池组中每节锌-空气单电池的排列方式没有特别限制，只要满足使相邻的锌-空气单电池的辅表面相对，且所述电池组壳体上的进气孔的至少一部分位于与单电池的正极壳体的主表面相叠合的面上，这样就可以保证每节单电池的空气正极都能完全与空气接触，保证空气的流通性，增加空气进入电极内的扩散速度。
如图1所示(图1所示的剖面为在单电池正极壳体与电池组壳体之间截剖得到的剖面)，按照本实用新型的一个具体实施方式，所述多节锌-空气单电池并排放置。若定义该锌-空气单电池的长边为单电池的高，短边为单电池的长，所述多节锌-空气单电池的长度总和小于或等于一节单电池的高度，所述单电池的排列方式优选为并排放置。
如图2所示(图2所示的剖面为在单电池正极壳体与电池组壳体之间截剖得到的剖面)，按照本实用新型的另一个具体实施方式，所述多节锌-空气单电池的一部分并排放置，另一部分锌-空气电池与所述并排放置的锌-空气单电池垂直放置。若所述多节锌-空气单电池的长度总和大于一节单电池的高度，为了充分利用电池组壳体内的空间，减小电池组体积，可以将多节锌-空气单电池中的一部分并排放置，使该并排放置的单电池的长度总和与一节单电池的高度相当，另一部分锌-空气电池与所述并排放置的锌-空气单电池垂直放置。
更优选情况下，电池组中所有单电池的正极壳体的主表面均位于同一侧，在这种情况下，只需要将电池组壳体上的进气孔设置在与单电池的主表面相叠合的一个面上就可以满足要求，使电池组的制备更简单。
所述单电池的数量为2-8节，根据手机使用的电压要求，优选为3节或4节。
优选情况下，每节单电池之间还包括绝缘隔板，将每节单电池绝缘隔开，并使每节单电池之间留有一定间隙。所述绝缘隔板的大小和形状只要满足能将单电池绝缘隔开、易于装卸并适合电池外壳的形状即可，所述绝缘隔板可以是树脂或橡胶隔板等。
按照本实用新型，多节锌-空气单电池之间串联连接，即第一节锌-空气单电池的正极与第二节锌-空气单电池的负极连接，依此类推。所述连接可以通过连接带连接，所述连接带通常为钢带，所述连接方法通常为点焊。
所述电池组壳体可以是常规的电池外壳，如聚氯乙烯、聚丙烯等塑料壳体。
如图3所示，所述锌-空气单电池的结构为本领域技术人员所公知，如，包括电池壳体、空气正极3、锌负极4和隔膜5；电池壳体包括正极壳体1和负极壳体2，隔膜5位于空气正极2和锌负极3之间，正极壳体1、负极壳体2与隔膜5分别围成密闭的正极腔室6和负极腔室7，空气正极3和锌负极4分别位于正极腔室6和负极腔室7中，正极壳体1的主表面上包括与正极腔室6相通的进气孔8(图中未示出)，为了防止电解液从隔膜与正、负极壳体的结合处泄漏，优选情况下，所述电池还包括密封圈10，所述密封圈10套在负极壳体2上并将隔膜5紧箍在锌负极3的表面。在所述密封圈与锌负极的接触面上还可以涂覆有密封剂，所述密封剂能够将密封圈更好的固定并将正、负极壳体绝缘。所述密封剂可以是环氧树脂胶粘剂，如201胶。更优选情况下，所述隔膜5上还覆盖有吸水膜9。所述吸水膜能有效吸收锌负极渗出的电解液，能更有效地防止电池发生漏液现象。所述吸水膜的种类为本领域技术人员所公知，如主要成分为交联的丙烯酸钠、丙烯酸共聚物等的高分子吸水性树脂中的一种。
所述空气正极的组成为本领域技术人员所公知，包括集流网、防水透气层和催化层。
所述集流网的种类为本领域技术人员所公知，可以是铜网，钢丝网，泡沫镍中的一种，如镍丝编织网、镍箔冲孔拉网、铜丝编织网、铜箔冲孔拉网或镀银铜网。
所述防水透气层可以是由乙炔黑、石墨、高分子憎水材料混合或高分子憎水材料与无机、有机发孔材料混合，通过热压、碾压或流延法制备得到，为了使空气正极的制备更简单、压缩空气正极的体积，优选情况下，本实用新型采用聚四氟乙烯(PTFE)防水透气膜作为防水透气层。
所述催化层包括催化剂和催化剂载体。所述催化剂可以是二氧化锰、钙钛矿、尖晶石中的一种或几种，所述催化剂载体的种类为本领域技术人员所公知如活性炭和/或乙炔黑。以催化剂的重量为基准，所述催化剂载体的含量为50-200重量％。
所述催化层中还含有粘结剂，所述粘合剂的种类为本领域技术人员所公知，如聚四氟乙烯，在制备催化层的过程中，所述粘合剂通常是以溶液的形式加入。以催化剂的重量为基准，所述粘结剂的含量为5-15重量％。
所述催化层的制备方法为本领域技术人员所公知，该方法包括将催化剂载体、催化剂、粘结剂与溶剂混合均匀得到糊状物，然后涂覆到集流网，干燥，压延或不压延，得到催化层。所述溶剂可以为乙醇和/或水，溶剂的用量能够使糊状物具有粘性和流动性并且可以涂覆到集流网上即可。一般来说以催化剂的重量为基准，所述溶剂的用量为10-50重量％。
所述空气正极的制备方法包括将防水透气层，优选为防水透气膜覆盖在涂覆有催化层的集流网的另一侧叠加在一起，热压得到空气正极。所述热压的压力为1-3兆帕，热压的温度为100-150℃。
所述正极壳体的主表面上包括与正极腔室相通的进气孔，如图4所示，所述正极外壳1的主表面上分布有多个进气孔8，所述进气孔为直径为0.5-0.8毫米的圆孔。所述进气孔的制备可以采用冲压的方法。
所述隔膜位于空气正极和锌负极之间，将空气正极和锌负极隔离，所述隔膜的种类为本领域技术人员所公知，如可以为聚乙烯或聚丙烯等材料经过亲水处理后形成的无纺布，本实用新型采用聚丙烯辐射接枝膜作为锌-空气单电池的隔膜。
所述锌负极的组成为本领域技术人员所公知，一般来说，所述锌负极为由锌负极材料制备的锌膏，所述锌负极材料包括锌粉和粘合剂。
所述粘结剂的种类为本领域技术人员所公知，通常采用PTFE乳液。以锌粉的重量为基准，所述粘结剂的含量为5-20重量％。
所述锌负极材料中还可以含有其它添加剂，如保湿剂和/或缓蚀剂等。所述保湿剂可以是羟丙基甲基纤维素和/或羧甲基纤维素，所述缓蚀剂可以是氧化锌、氧化铅、二氧化锡和三氧化二铋中的一种或几种。以锌粉的重量为基准，所述缓蚀剂的含量为1-20重量％，所述保湿剂的含量为1-10重量％。
所述锌负极的制备方法为本领域技术人员所公知，如将锌粉、粘合剂和溶剂混合均匀制得膏状物，压延或不压延，即可得到所述锌负极。其中，所述溶剂可以为乙醇和/或水，优选情况下，将电解液作为溶剂与锌粉和粘合剂混合注入，所述电解液可以是氢氧化钾、氢氧化钠中的一种，所述电解液的浓度一般为6-8摩/升；所述溶剂的用量能够使所述锌负极材料形成膏状物并且能够填充到所述负极壳体中即可，以锌粉的重量为基准，所述溶剂的用量为20-50重量％。其中，压延的方法和条件为本领域技术人员所公知。
所述锌-空气单电池的壳体可以是常规的外壳，如金属壳体或非金属壳体，如钢壳或者塑料壳体。
锌-空气单电池的制备包括在正极壳体上制备正极腔室，在负极壳体上制备负极腔室，将空气正极和锌负极分别放置在正极腔室和负极腔室中，并分别引出正极极耳和负极极耳，然后将隔膜放置在空气正极和锌负极之间，使空气正极密封在正极壳体与隔膜围成的密闭的正极腔室中，使锌负极密封在由负极壳体与隔膜围成的密闭的负极腔室中，密封电池壳体，得到锌-空气电池。壳体的密封方法可以采用机械扣边的方法(将其中一个腔室壳体的边缘弯曲，将另一个腔室壳体的边缘包裹在其中)将正、负极壳体密封，并将隔膜密封在正、负极中间，为了密封严密优选在正、负极壳体的结合处涂覆粘合剂。或者将体积稍大于负极的正极壳体直接盖扣在负极壳体上，使两个壳体的侧壁有部分重叠从而将壳体密封，并将隔膜密封在正、负极中间。
例如，制备得到的每个单电池的体积为4.5×2.5×0.4厘米3，单电池个数为3节的整个方形锌-空气电池组的体积仅为8×5×0.5厘米3，体积小巧，方便使用和携带。
本实用新型提供的锌-空气电池组可以为各种电器设备提供能源，特别可以用作手机电池。
Claims (8)
1、一种锌-空气电池组，该电池组包括密封在电池组壳体内的多节方形锌-空气单电池，该电池组壳体上包括进气孔，每节锌-空气单电池正极壳体的表面包括主表面和与主表面垂直的四个辅表面，每节锌-空气单电池正极壳体的主表面上包括与正极腔室相通的进气孔，其特征在于，相邻的锌-空气单电池的辅表面相对，且所述电池组壳体上的进气孔的至少一部分位于与单电池的正极壳体的主表面相叠合的面上，所述主表面为锌-空气单电池正极壳体面积最大的表面。
2、根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述多节锌-空气单电池并排放置。
3、根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述多节锌-空气单电池的一部分并排放置，另一部分锌-空气单电池与所述并排放置的锌-空气单电池垂直放置。
4、根据权利要求2或3所述的电池组，其特征在于，所有锌-空气单电池正极壳体的主表面位于同一侧。
5、根据权利要求1-3中任意一项所述的电池组，其特征在于，所述锌-空气单电池的数量为2-8节。
6、根据权利要求1-3中任意一项所述的电池组，其特征在于，每节单电池之间还包括绝缘隔板。
7、根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，多节单电池之间串联连接。
8、根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述锌-空气单电池包括电池壳体、空气正极、锌负极和隔膜，所述空气正极包括集流网、防水透气层和催化层，所述防水透气层为聚四氟乙烯防水透气膜。
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Cited By (3)
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