WO2016206257A1

WO2016206257A1 - 铜碱蓄电池

Info

Publication number: WO2016206257A1
Application number: PCT/CN2015/092592
Authority: WO
Inventors: 陈尚发; 陈亦旭; 陈微微
Original assignee: 陈尚发
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-12-29

Abstract

本发明涉及电化学蓄电池技术领域，尤其涉及一种铜碱蓄电池。一种铜碱蓄电池，包括正极板、负极板、隔板、电解液、外壳和接线柱，所述正极板、负极板为构成蓄电池的核心构件，所述正极板的材料为经氧化处理的多孔铜；所述负极板以铜合金作基体，所述正极板、负极板构成一极板组，正极板、负极板间设有蓄电池用多孔隔板，所述隔板为电子绝缘体，所述电解液为碱性电解液，所述外壳为整体结构，外壳横板上焊接有接线柱。负极板的厚度为30-10000μm。本发明制作工艺简单，电池容量大，电池可靠性高，成本低廉、回收再利用后价值高、使用寿命长，环保无污染，可广泛应用于电化学蓄电池技术领域。

Description

铜碱蓄电池

技术领域

本发明涉及电化学蓄电池技术领域，尤其涉及一种铜碱蓄电池。

背景技术

自1860年法国科学家普兰特发明了铅酸蓄电池以来，人们不断在探索电化学的应用与发展，但现有技术中已有的蓄电池仍有许多缺陷和不足：铅酸蓄电池的历史悠久，其技术也较为成熟，具有价格低廉、原材料丰富、性能优良等诸多优点，但循环次数仅为几百次至千余次，特别是其负极板的硫酸铅化和正极板铅栅的烂断，是迄今为止仍难以解决的顽症，至今尚未找到彻底的有效解决办法，再加上我国铅酸蓄电池产业链中有大量不合理的回收利用存在，导致某些地区铅污染严重；银锌电池是由价格高昂的银来制造，由于价格昂贵，在大型储能领域中是使用不起的，只能做微型的纽扣式电池，供给小型电器，如计算器等场合使用；锂离子蓄电池单个电压高、电流大，但制造工艺复杂，成本高，价格贵，是手机、数码相机、笔记本电脑等高档电器的最佳蓄电池，但其成本高，循环次数并不是很高，在大功率的使用领域无法令人接受。因此，特别需要一种成本低廉、环保无污染、使用寿命长的蓄电池出现，以满足大功率蓄电池领域的需求。

专利CN2169926Y介绍了一种铜锌碱性蓄电池，它的正极板是用球状铜粉烧结而成的微孔铜版，负极板是锌板，以碱性溶液为电解质，但该技术方案中作为负极板的锌板在经过多次电化学反应后会形成烂断，使用寿命短，这也是该技术方案得不到推广的原因，而本发明利用氢氧化钾水溶液不能跟铜起反应的化学性质，其负极板以铜片作基体，充电时，铜片上面被镀上一层锌，作为负极板的活性物质，放电时，锌跟氢氧化钾起反应生成偏锌酸钾和氢气，而正极板使用氧化铜作为蓄电池的氧化剂，氧化铜吸收负极产生的氢气将其氧化为水，氧化铜失去部分的氧，成为氧化亚铜，如此的可逆反应周而复始，有效的解决了这一问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中铅酸蓄电池负极板的硫酸铅化和正极板铅栅的烂断的缺点，提供了一种制造成本低廉、充电时间快、使用寿命长、环保无污染的铜碱蓄电池。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种铜碱蓄电池，包括正极板、负极板、隔板、电解液、外壳和接线柱，所述正极板、负极板为构成蓄电池的核心构件，所述正极板的材料为经氧化处理的多孔铜；所述负极板以铜合金作基体，所述正极板、负极板构成一极板组，正极板、负极板间设有蓄电池用多孔隔板，所述隔板为电子绝缘体，所述电解液为碱性电解液，所述外壳为整体结构，外壳横板上焊接有接线柱。负极板的厚度为30-10000μm。

作为优选，所述碱性电解液按如下方法制备：

1)氢氧化钾水溶液制备：将氢氧化钾与蒸馏水混合，形成22％～40％浓度的氢氧化钾的水溶液；

2)将氧化锌溶解于氢氧化钾的水溶液，通过反应得到偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液。

作为优选，所述正极板、负极板构成的相邻极板组，其正极板、负极板呈相间的不同排列。

作为优选，所述外壳材料为橡胶或工程塑料。

作为优选，所述的负极板除极耳外的部分封装在一个绝缘体封装体内，所述绝缘体封装体上开有多个微孔。采用绝缘封装体进行半密封后，只有电解液可以通过微孔渗透出入绝缘封装体，生产和使用过程中可以大大降低铅粉等有毒粉尘的逸出，保障蓄电池的生产人员和使用人员的身体健康，避免对生产和使用环境造成污染。

作为优选，所述负极板为具有三维立体网状结构的多孔铜合金，该多孔铜合金的以质量分数计的成分为Zn 28％，Ni 18％，余量为Cu，以及不可避免的杂质。

作为优选，所述负极板为高镍白铜板，以质量分数计的成分为Fe 0.209％，Ni 17.6％，Zn 27.6％，Ag0.002％，Ca 0.048％，Mn0.025％，Sn0.033％，Co0.005％，余量为Cu，以及不可避免的杂质。

由于采用上述技术方案，本发明具有的有益效果是：

1、本发明的负极板以铜合金作基体，正极板以经氧化处理的多孔铜，充电时，负极镀上一层锌，放电时负极上的锌被置换。电流是电子移动产生，电镀化学镀铜正反应，正极为氧化过程，负极为镀锌过程。本发明提供了两种正极材料方案

2、现有的铅酸蓄电池正极的铅栅很细，不能承受上千次充电的氧化，最后，横截面积仅1平方毫米上下的栅条多处被氧化后断路(俗称烂断)，失去支撑活性物质二氧化铅及集结电流输出的功能，使正极板报废，这是铅酸蓄电池寿命短的主要原因之一；而本发明很好的解决了该技术问题，本发明电池正极板，从粗、大、厚等方面以及活性物质的量，都比铅酸蓄电池的铅栅及活性物质的量大十几倍以上，能承受万次以上的氧化侵蚀而不断栅，该正极板在使用中也不可能弯曲，而该正极板只适用于本发明的铜碱蓄电池，而不适合铅酸蓄电池。

3、本发明制作工艺简单，电池容量大，电池可靠性高，成本低廉、回收再利用后价值高、使用寿命长，环保无污染，可广泛应用于电化学蓄电池技术领域。

附图说明

图1为本发明铜碱蓄电池的结构示意图；

其中，1、正极板；2、负极板；3、隔板；8隔壁；9、外壳；10、接线柱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明铜碱蓄电池作进一步的说明和阐述。

实施例1

参见图1，本发明的铜碱蓄电池，包括正极板1、负极板2、隔板3、电解液、外壳9和接线柱10，所述正极板1、负极板2为构成蓄电池的核心构件，由其接受充入的电能和向外释放电能，所述正极板1是经氧化处理的多孔铜板；所述负极板2为具有三维立体网状结构的多孔铜合金，该多孔铜合金的以质量分数计的成分为Zn 28％，Ni 18％，余量为Cu，以及不可避免的杂质，该负极板2的厚度为3mm(以100AH为例)。

多孔铜合金的制备方法如下：1、将厚度0.5-10mm的聚酯海绵经碱刻蚀(粗化，脱脂)，再经热水漂洗和逆流冷水漂洗烘干；2、导电化处理，浸积导电胶(石墨含量20％)，用对辊挤出多余胶液并用120℃加热烘干，导电化处理两遍后，使电阻值≤50Ω；3、电镀镍后，电喷涂金属铜，再喷涂金属锌；每次喷涂严格控制均匀性和喷涂量，以确保成分一致性和面密度；4、在820-850℃的炉温下进行氧化还原、去除聚酯高分子材料，并使其三种金属互渗，使其均匀化，保护气体为75％氢气和25％氮气。

所述正极板1、负极板2构成一极板组，正极板1、负极板2间设有蓄电池用多孔隔板3，所述隔板3为电子绝缘体，其作用是储存电解液、作为气体通道、防止极板的弯曲和变形以及使正、负极间的距离缩到最小而互不短路。所述电解液为碱性电解液，所述外壳9为整体结构，其壳内由隔壁8分成三格或六格互不相通的单格，其底部有突起的肋条，用来搁置极板组，外壳9横板上焊接有接线柱10。

所述正极板1、负极板2构成的相邻极板组，其正极板1、负极板2呈相间的不同排列，如单格内极板组为负极板、正极板、负极板的排列，则相邻单格内极板组为正极板、负极板的排列。所述外壳9材料为橡胶或工程塑料。

实施例2

一种铜碱蓄电池，具体方案同实施例1，其不同之处为：

该铜碱蓄电池的正极板采用泡沫铜板作为电极，泡沫铜材料具有由铜基体构成的空间网状结构，空间网状结构内部均匀分布着孔洞，具有较好的导电性和延展可塑性，所述正极板的泡沫铜孔洞中填充处理有氧化铜(氧化铜是由纯铜氧化处理得到)，并以氧化铜作为正极板的活性物质。

所述负极板采用高镍白铜板，成分(质量分数)为Fe 0.209％，Ni 17.6％，Zn 27.6％，Ag0.002％，Ca0.048％，Mn0.025％，Sn0.033％，Co0.005％，余量为Cu，以及不可避免的杂质，杂质≤0.025％。装配时，采用纤维布隔板袋套住负极。充电时，在高镍白铜板内的组分锌作为负极板的活性物质。

制作碱性蓄电池。

本发明的铜碱蓄电池，比表面积大大提高，使得负极板的表面形成良好的导电网络，极板循环寿命得到较大提高。和铅酸电池相比，充电速度快，容量大，寿命更长。

以下部分的效果请参考并修正：

本实施例的蓄电池与现有铅酸电池相比，具有如下优点：

(1)比能量高(理论值356wh/kg，实际值>75wh/kg)；

(2)比功率(功率密度)大(>220w/kg)；

(3)工作温度范围宽(-20-60℃)；

(4)工作电压高(1.6-2.3伏)；

(5)充放电效率高(>80％)，铅酸蓄电池充放电次数在100-1000次左右，而本发明的充放电次数在10000次以上。

Claims

一种铜碱蓄电池，包括正极板(1)、负极板(2)、隔板(3)、电解液、外壳(9)和接线柱(10)，其特征在于：所述正极板(1)、负极板(2)为构成蓄电池的核心构件，所述正极板(1)的材料为经氧化处理的多孔铜；所述负极板(2)以铜合金作基体，所述正极板(1)、负极板(2)构成一极板组，正极板(1)、负极板(2)间设有蓄电池用多孔隔板(3)，所述隔板(3)为电子绝缘体，所述电解液为碱性电解液，所述外壳(9)为整体结构，外壳(9)横板上焊接有接线柱(10)。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述碱性电解液按如下方法制备：

1)氢氧化钾水溶液制备：将氢氧化钾与蒸馏水混合，形成22％～40％浓度的氢氧化钾的水溶液；

2)将氧化锌溶解于氢氧化钾的水溶液，通过反应得到偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述正极板(1)、负极板(2)构成的相邻极板组，其正极板(1)、负极板(2)呈相间的不同排列。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述外壳(9)材料为橡胶或工程塑料。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述的负极板除极耳外的部分封装在一个绝缘体封装体内，所述绝缘体封装体上开有多个微孔。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述负极板为具有三维立体网状结构的多孔铜合金，该多孔铜合金的以质量分数计的成分为Zn 28％，Ni 18％，余量为Cu，以及不可避免的杂质。
根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述负极板为高镍白铜板，以质量分数计的成分为Fe 0.209％，Ni 17.6％，Zn 27.6％，Ag0.002％，Ca 0.048％，Mn0.025％，Sn0.033％，Co0.005％，余量为Cu，以及不可避免的杂质。