CN2938441Y - 锌－空气电池 - Google Patents

Abstract

一种锌－空气电池，该电池包括电池壳体、空气正极、锌负极和隔膜；电池壳体包括正极壳体和负极壳体，隔膜位于空气正极和锌负极之间，正极壳体、负极壳体与隔膜分别围成密闭的正极腔室和负极腔室，空气正极和锌负极分别位于正极腔室和负极腔室中，正极壳体上包括与正极腔室相通的进气孔，其中，所述电池壳体为多层复合薄膜，多层复合薄膜至少包括金属箔层和高分子薄膜层，且所述电池的正极壳体和负极壳体的侧壁四周还分别包括凸缘，所述隔膜位于正极壳体和负极壳体的凸缘之间并与凸缘紧密连接。本实用新型的锌－空气电池密封性好，安全性高。

Description

锌-空气电池

技术领域

本实用新型是关于一种电池，更具体地说是关于一种锌-空气电池。

背景技术

方形锌空气电池包括电池壳体、空气正极、锌负极和隔膜；电池壳体包括正极壳体和负极壳体，隔膜位于空气正极和锌负极之间，电池的正极壳体和负极壳体与隔膜分别围成密闭的正极腔室和负极腔室，空气正极和锌负极分别位于正极腔室和负极腔室中，电池壳体上包括与正极腔室相通的进气孔。空气电极在使用前要保持真空，且不能与锌负极接触，以免发生氧化还原反应，影响电池的正常使用。但是，现有的方形锌-空气电池的正极壳体稍大于负极壳体，在将隔膜覆盖在锌负极表面上后，直接将体积稍大的正极壳体扣盖在负极壳体上，使正、负极壳体的侧壁有一部分相重叠而将隔膜密封在正、负极中间。现有的方形锌空气电池的电池壳体由金属板制成，而隔膜通常是由聚乙烯或聚丙烯等材料经过亲水处理后形成的无纺布，或聚丙烯辐射接枝膜隔膜，在电池密封时，隔膜的四周边缘直接与壳体光滑的壁面接触，因此隔膜与电池壳体壁面的结合处经常出现缝隙，与锌负极材料混合在一起的电解液很容易从金属板壳体与隔膜之间的缝隙泄漏造成电池漏液，密封性较差，使电池的存放和使用存在安全问题，严重制约着大功率锌空电池的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有的锌-空气电池密封性差的缺陷，而提供一种具有良好密封性的锌-空气电池。

本实用新型提供了一种锌-空气电池，该电池包括电池壳体、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3和锌负极4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上包括与正极腔室6相通的进气孔8，其中，所述电池壳体为多层复合薄膜，多层复合薄膜至少包括金属箔层和高分子薄膜层，且所述电池的正极壳体1和负极壳体2的侧壁四周还分别包括凸缘9，所述隔膜5位于正极壳体1和负极壳体2的凸缘之间并与凸缘紧密连接。

本实用新型采用多层复合膜作为锌-空气电池的壳体，正、负极壳体侧壁的凸缘将隔膜夹在中间并与隔膜密封连接在一起，使隔膜和壳体间不会出现缝隙，因此不会出现漏液现象，密封性好，电池的使用性能和安全性能同时得到提高。此外，与采用金属外壳的锌-空气电池相比，本实用新型提供的锌-空气电池的多层复合膜壳体厚度薄，电池的空间利用率和质量比能量密度高。

附图说明

图1为本实用新型提供的锌-空气电池的剖面图；

图2为本实用新型提供的锌-空气电池的制备过程示意图；

图3为本实用新型提供的锌-空气电池的制备过程示意图；

图4为本实用新型提供的锌-空气电池的多层复合膜壳体的剖面图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的电池包括电池壳体、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3和锌负极4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上包括与正极腔室6相通的进气孔8，其中，所述电池壳体为多层复合薄膜，多层复合薄膜至少包括金属箔层和高分子薄膜层，且所述电池的正极壳体1和负极壳体2的侧壁四周还分别包括凸缘9，所述隔膜5位于正极壳体1和负极壳体2的凸缘之间并与凸缘紧密连接。

所述电池壳体为多层复合薄膜，由于该多层复合膜的厚度薄，热封性良好，又与隔膜的性能相近，因此能与隔膜直接压合在一起，使正、负极壳体与隔膜紧密连接，密封更为严密。所述隔膜被夹在正极壳体和负极壳体侧壁四周的凸缘之间，所述正、负极壳体的凸缘只要满足有足够的宽度将隔膜夹在中间，与隔膜压合并密封连接在一起即可，所述凸缘的宽度优选为0.5-2毫米。

所述多层复合薄膜至少包括金属箔层和高分子薄膜层，其中的金属箔层和高分子薄膜层均可以为一层或多层。

与现有的金属板壳体相比，即使是金属箔，由于金属箔较金属板薄，能与隔膜很好的结合，因此，所述金属箔层和高分子薄膜层的叠放顺序没有特别要求。由于高分子薄膜层的热封性能良好，且与隔膜的性能更为近似，优选情况下，所述多层复合薄膜的内层为高分子薄膜层，更为优选情况下，所述多层复合薄膜由内层向表层依次为高分子薄膜层10、金属箔层11和高分子薄膜层12。如图4所示。

所述金属箔可以选自铝箔、铜箔或锡箔，若为多层，每层金属箔可以相同也可以不同。每层金属箔层的厚度为10-100微米，优选为20-80微米。

所述高分子复合薄膜可以选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，若为多层，每层高分子薄膜可以为相同的薄膜也可以为不同种薄膜。每层高分子薄膜层的厚度为0.1-100微米，优选为1-50微米。

按照本实用新型一个优选的实施方案，所述多层复合薄膜为三层，由内向外依次为聚乙烯层或者聚丙烯层、铝箔层和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙(NY)层。由于尼龙(NY)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层硬度较高，耐磨性好，因此表层优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层或尼龙(NY)层。

多层复合薄膜可以商购得到，也可以通过常规方法制备，例如通过干压或热压的方式将组成多层复合薄膜的各层复合在一起。

多层复合薄膜的总厚度优选为10.1-150微米，更优选为50-100微米。

所述隔膜与多层复合薄膜的密封连接，也就是正、负极壳体的凸缘与隔膜的密封连接可以采用常规的方法，如采用热压密封粘接或者采用粘合剂粘合的方法密封连接。所述热压的温度为100-150℃，热压的压力为1-3兆帕，热压的时间为1秒-2分钟。粘合剂为本领域技术人员常用的粘合剂，如环氧树脂，聚氨酯，环氧-尼龙、环氧-丁腈、环氧-聚砜复合树脂、酚醛-丁腈、酚醛-缩醛复合树脂中的一种或几种。

按照本实用新型，所述锌-空气电池的其它结构如空气正极、锌负极和隔膜可以与常规的锌-空气电池相同。

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，优选情况下，本实用新型采用聚四氟乙烯(PTFE)防水透气膜代替防水透气层。

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为本领域技术人员所公知，该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。所述热压的条件和方法为本领域技术人员所公知，如所述热压的压力为1-3兆帕，热压的温度为100-150℃。

所述正极壳体上包括与正极腔室相通的进气孔，所述进气孔的位置、形状、大小和个数与常规的锌-空气电池的进气孔相同。所述进气孔的制备可以采用冲压的方法。

所述空气正极的制备方法为本领域技术人员所公知，该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。所述热压的条件和方法为本领域技术人员所公知，如所述热压的压力为1-3兆帕，热压的温度为100-150℃。

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。

所述的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。

锌-空气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，与正极壳体和负极壳体的凸缘相贴合，使电池壳体与隔膜分别围成密闭的正极腔室和负极腔室，并将空气正极和锌负极分别密封在各自的腔室中，然后将隔膜与正极壳体和负极壳体的凸缘一起热压密封粘接。所述正极腔室和负极腔室的形状和大小没有特别限定，只要满足可以将电池的空气正极和锌负极分别完全放置到各自的腔室中即可，如，所述正极腔室和负极腔室的形状可以是常规的长方形或半球形，为了制备方便，优选情况下，所述正极腔室和负极腔室的形状和大小相同。在壳体上制备腔室的方法可以采用冲压的方法。

如图2所示，可以在一张多层复合膜上冲压出正极腔室6和负极腔室7，得到正极壳体1和负极壳体2，将隔膜5放置在正极腔室6和负极腔室7之间，然后沿正极腔室6和负极腔室7的中线对折，使隔膜5与正极壳体1与负极壳体2的凸缘9贴合并将空气正极(图中未示出)和锌膏(图中未示出)分别被密封在各自的腔室中。

如图3所示，也可以在两张复合膜上分别冲压出正极腔室6和负极腔室7，得到正极壳体1和负极壳体2，然后将隔膜5覆盖在负极壳体2(或正极壳体1)上，将正极壳体1(或负极壳体2)扣在负极壳体2(或正极壳体1)上，使隔膜5与正极壳体1与负极壳体2的凸缘9贴合并将空气正极(图中未示出)和锌膏(图中未示出)分别被密封在各自的腔室中。

Claims (8)

1、一种锌-空气电池，该电池包括电池壳体、空气正极(3)、锌负极(4)和隔膜(5)；所述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(3)和锌负极(4)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)上包括与正极腔室(6)相通的进气孔(8)，其特征在于，所述电池壳体为多层复合薄膜，多层复合薄膜至少包括金属箔层和高分子薄膜层，且所述电池的正极壳体(1)和负极壳体(2)的侧壁四周还分别包括凸缘(9)，所述隔膜(5)位于正极壳体(1)和负极壳体(2)的凸缘之间并与凸缘密封连接。

2、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述凸缘的宽度为0.5-2毫米。

3、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述隔膜与凸缘的密封连接为热压密封粘接。

4、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述多层复合薄膜中的金属箔层和高分子薄膜层均为一层或多层。

5、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述多层复合薄膜由内层向表层依次为高分子薄膜层、金属箔层和高分子薄膜层。

6、根据权利要求5所述的锌-空气电池，其特征在于，所述多层复合薄膜为三层，从内层向表层分别为聚乙烯层或聚丙烯层、铝箔层和聚对苯二甲酸乙二醇酯层或尼龙层。

7、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述多层复合薄膜中每层金属箔层的厚度为10-100微米，所述每层高分子薄膜层的厚度为0.1-50微米，所述多层复合薄膜的总厚度为10.1-150微米。

8、根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述正极腔室(6)和负极腔室(7)为长方体或半球形。