專利名稱：鋅離子電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源，具體涉及一種利用鋅空氣反應(yīng)發(fā)電的裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
無(wú)滎、無(wú)錫、無(wú)鎘、無(wú)鉛電池和高堿性鋅電池是我國(guó)電池行業(yè)的發(fā)展方向。 在我們?nèi)粘Ｉ钪衅毡椴捎玫匿\錳電池是一種堿性電池，它使用了天然等雜質(zhì)含
量較高的材料，為防止鋅在電解液中的腐蝕，必須在電池隔離層中加入緩蝕劑，最常用的緩
蝕劑是氯化汞，通常加在糊式電池的漿糊中或紙板電池的漿層紙中，這也使汞成為電池中
污染環(huán)境的主要有害元素。 鋅空氣電池是一種堿性電池，它由空氣電極、殼體、堿液、金屬鋅負(fù)極組成。它的特 點(diǎn)來(lái)源于空氣電極。空氣電極去極劑(活性物質(zhì))是空氣中的氧，因此只要空氣能夠源源 不斷地輸送給電池，空氣電極就能連續(xù)不斷工作，可謂取之不盡用之不竭，因此正極容量無(wú) 限。正極本身不帶有活性物質(zhì)，體積可以做到無(wú)限小，重量比一般電池正極都要輕。比能量 在200-270wh/kg是鋅錳干電池的4-5倍。這款電池也有它的缺點(diǎn)一是正極孔率不是很 大，工作電流不夠大，二是不能充電，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可復(fù)充的大工作電流的鋅離子電池及其 制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是鋅離子電池，包括殼體、正、負(fù)電極柱及正、負(fù)極板，殼
體內(nèi)充有電解液，所述正極板由活化膜層和防水粉層構(gòu)成，防水粉層內(nèi)埋設(shè)有與正電極柱
電連接的導(dǎo)電網(wǎng)，正極板嵌在殼體壁上，負(fù)極板由鋅粉壓片層內(nèi)埋設(shè)與負(fù)電極柱電連接的
導(dǎo)電網(wǎng)構(gòu)成，負(fù)極板置于殼體內(nèi)。
鋅離子電池的制造方法，包括以下步驟 a、負(fù)極板制造，稱取一定的按重量比為100 : 6 8的鋅粉和維晶纖維素混合物
在電池棉紙上刮平，埋入導(dǎo)電網(wǎng)，另取電池棉紙覆蓋；在模具中壓制成型； b、防水粉制造，將按重量比為100 : 30 35的乙炔黑和低壓聚乙烯置于容器中，
加煤油適量并加熱充分?jǐn)噭?，倒出冷卻，放入油壓機(jī)中壓油，粉碎過(guò)篩得防水粉； c、活化膜制造，將按重量比為100 : 500 550 : 30 35的乙炔黑、104活性碳
和硝酸銀加蒸餾水適量充分?jǐn)噭?，烘干后置入馬福爐中升溫至370°C 士5t:，保溫8 8. 5
小時(shí)后冷卻至常溫，過(guò)篩得活化粉，按重量比將IOO : 50 55 : 25 26的活化粉、聚四
氟乙烯乳液和0P乳化劑加適量蒸餾水調(diào)勻，放入碾壓機(jī)升溫至40°C 5(TC碾壓成薄膜，用
無(wú)水乙醇浸泡24小時(shí)以上后取出得活化膜； d、正極板制造，在活化膜上放一定量的防水粉刮平，埋入導(dǎo)電網(wǎng)，在170 180°C 溫度下用模具在油壓機(jī)中壓型，再置入甲苯中浸泡12 13小時(shí)，取出干燥；
e、封裝，將正、負(fù)極板置于電池殼體內(nèi)并連接相應(yīng)導(dǎo)線，填充電解液，封裝。
3
本發(fā)明的技術(shù)效果是它具有工作電流大、結(jié)構(gòu)及制造工藝簡(jiǎn)單、可重復(fù)充電及方 便更換鋅負(fù)極的優(yōu)點(diǎn)。重新設(shè)計(jì)了鋅空氣電池的正極結(jié)構(gòu)，使鋅空氣電池的孔率約占空氣 電極體積的40%以上，因此正極工作時(shí)極化較小，而且以大電流工作。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式1的正剖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施方式1的側(cè)剖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為圖2中I處的放大圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施方式2的正剖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式一 如圖1、2和3所示，本實(shí)施方式的鋅離子電池包括殼體1、正、負(fù)電極柱2、3及正、 負(fù)極板4、5，殼體1內(nèi)充有電解液，所述正極板4由活化膜層6和防水粉層7構(gòu)成，防水粉層 7內(nèi)埋設(shè)有與正電極柱2電連接的導(dǎo)電網(wǎng)8，正極板4嵌在殼體1壁上，其內(nèi)、外面分別與殼 體1內(nèi)腔和外部接觸，負(fù)極板5由鋅粉壓片層9內(nèi)埋設(shè)與負(fù)電極柱3電連接的導(dǎo)電網(wǎng)8構(gòu) 成，負(fù)極板5置于殼體1內(nèi)。殼體l由上蓋10和下殼11組成，負(fù)電極柱3設(shè)于上蓋10上， 正電極柱2和正極板4設(shè)于下殼11上，上蓋10與下殼11通過(guò)膠粘或螺栓連接，可通過(guò)膠 條密封。正極板4可使空氣中的氧氣直接通過(guò)并參與反應(yīng)。電解液采用KOH(氫氧化鉀)。
所述負(fù)極板5于鋅粉壓片層9外包裹有棉紙層14。 本實(shí)施方式中，負(fù)極板5的鋅用完后即可打開(kāi)密封的上蓋IO，取出廢鋅料，再加入 新的負(fù)極，再發(fā)電。 鋅離子電池的制造方法，包括以下步驟
a、負(fù)極板制造 將每100克電池專用鋅粉加6 8克維晶纖維素充分混合；取一張所需尺寸的電 池棉紙放入模具中，稱取一定的鋅粉和維晶纖維素混合物在電池棉紙上刮平；放入導(dǎo)電銅 網(wǎng)；稱取同樣量的鋅粉倒入并刮平；再取一張電池棉紙覆蓋；在模具中壓制成型；取出成型 鋅極用耐堿棉紙包裹即可；防止鋅負(fù)極在運(yùn)輸途中破碎，也防止鋅負(fù)極裝入電池中與正極 接觸短路； b、防水粉制造 將每100克乙炔黑加30 35克低壓聚乙烯置于容器中，加煤油適量混合成糊狀 并加熱攪拌30 45分鐘，至兩者充分混為一體，倒出并冷卻，此過(guò)程稱為熱化，將冷卻后的 熱化物用雙層呢絨布包裹幾道，放入油壓機(jī)中壓油，經(jīng)過(guò)頭道壓油的防水粉掰碎，再置入油 壓機(jī)中二次壓油至含煤油30 32%，將壓油后的防水粉粉碎過(guò)60目篩，此過(guò)程稱為粉碎；
c、活化膜制造 按重量將每100克乙炔黑加500克 550克104活性碳和30 35克硝酸銀(硝 酸銀先用蒸餾水溶化)加蒸餾水適量混合成糊狀充分?jǐn)噭?，置入烘干房烘干，將烘干后?粉料用玻璃纖維布包裹，置入容器中，在玻璃纖維布周圍用活性碳填塞，置入馬福爐中升溫 至37(TC 士5t:，保溫8 8.5小時(shí)后自然冷卻至常溫，然后過(guò)60目篩得活化粉，將過(guò)篩后
4的活化粉每100克加聚四氟乙烯乳液50 55克和OP乳化劑25 26克，加蒸餾水適量混 合成糊狀，調(diào)勻，放入碾壓機(jī)升溫40°C 5(TC碾壓成0. lmm左右的薄膜，將上述薄膜裁成所 需大小，用無(wú)水乙醇浸泡24小時(shí)以上后取出得活化膜；
d、正極板制造 在活化膜上放一定量的防水粉刮平，放導(dǎo)電網(wǎng)，再放等重的防水粉刮平，在170 18(TC溫度下用模具在油壓機(jī)中壓型若干時(shí)間(根據(jù)正極大小厚薄而定時(shí)間)，保壓若干時(shí) 間，再置入通有冷卻水降溫的油壓機(jī)中冷壓定型，再置入甲苯中浸泡6 6. 5小時(shí)，更換甲 苯再浸泡6 6. 5小時(shí)，取出干燥，取出通風(fēng)擱置24 26小時(shí)，再置入干燥箱中80 85°C 度干燥2 2. 5小時(shí)，干燥箱門應(yīng)留有間隙；
e、封裝 將正、負(fù)極板置于電池殼體內(nèi)并連接相應(yīng)導(dǎo)線，填充電解液，封裝。
實(shí)施方式二 如圖4所示，它與實(shí)施方式一不同的是，所述殼體1上設(shè)有充電極柱12，充電極柱 12通過(guò)導(dǎo)線連接有充電極13，充電極13置于殼體1內(nèi)。充電極柱12設(shè)于上蓋10上。上 蓋10上設(shè)有透氣孔15，透氣孔15上設(shè)有只允許空氣透過(guò)不允許液體流出的透氣片16。
充電極13采用不銹鋼材料，在鋅負(fù)極用完后即可對(duì)電池進(jìn)行充電，能復(fù)充30次。
實(shí)施方式三 它與實(shí)施方式一不同的是，鋅離子電池的制造方法按如下步驟按進(jìn)行
a、負(fù)極板制造 將每100克鋅粉加6克維晶纖維素混合，取一張所需尺寸的電池棉紙放入模具 中，稱取一定的鋅粉和維晶纖維素混合物在電池棉紙上刮平，放入導(dǎo)電銅網(wǎng)，稱取同樣量的 鋅粉倒入并刮平，再取一張電池棉紙覆蓋，在模具中壓制成型，取出成型鋅極用棉紙包裹三 層，再用耐堿棉紙包裹一層即可；
b、防水粉制造 將每100克乙炔黑加30克低壓聚乙烯倒入不銹鋼制作的圓桶中，加煤油適量并加 熱攪拌30 45分鐘，至兩者充分混為一體，倒出并冷卻，將冷卻后的熱化物用雙層呢絨布 包裹幾道，放入油壓機(jī)中壓油，將經(jīng)過(guò)頭道壓油的防水粉掰成小塊，再用雙層呢絨布包結(jié)實(shí) 后再置入油壓機(jī)中二次壓油，至含30%煤油，將經(jīng)過(guò)兩次壓油后的防水粉粉碎過(guò)60目篩；
c、活化膜制造 按重量將每100克乙炔黑加500克104活性碳和30克硝酸銀加蒸餾水適量充分 攪勻，烘干，烘干后的粉料用玻璃纖維布包裹，置入鐵盒中，在玻璃纖維布周圍用普通的粗 顆?；钚蕴继钊?，置入馬福爐中升溫至37(TC 士5t:，保溫8小時(shí)后自然冷卻至常溫，然后過(guò) 60目篩得活化粉，將過(guò)篩后的活化粉每100克加聚四氟乙烯乳液50克和0P乳化劑25克， 加蒸餾水適量，調(diào)勻，放入碾壓機(jī)升溫40°C 5(TC碾壓成0. lmm左右的薄膜，將薄膜裁成所 需大小，用無(wú)水乙醇浸泡24 26小時(shí)后取出得活化膜；
d、正極板制造 在活化膜上放一定量的防水粉刮平，放導(dǎo)電網(wǎng)，再放等重的防水粉刮平，在170°C 溫度下用模具在油壓機(jī)中壓2 5分鐘，保壓2分鐘，再冷壓定型，再置入甲苯中浸泡6小 時(shí)，更換甲苯再浸泡6小時(shí)，取出干燥，取出通風(fēng)擱置24小時(shí)，再置入干燥箱中8(TC度干燥2小時(shí)； e、封裝 本發(fā)明鋅粉的重量決定電池的容量，設(shè)計(jì)時(shí)一般按每安時(shí)容量1. 5 2. 0g鋅粉，
理論容量AH/1. 22g。 金屬鋅做負(fù)極化學(xué)反應(yīng)式 負(fù)極Zn+20H— — ZnO+H2 0+2e— 正極l/202+H2 0+2e— — 20H— 總反應(yīng)Zn+l/202 — ZnO 本發(fā)明導(dǎo)電網(wǎng)的制造將銅拉網(wǎng)(￡ = 0. 1mm)裁剪成所需尺寸，再表面鍍銀(也 可以不鍍銀)，用C 0. 1的銅絲或鍍銀銅絲在網(wǎng)上所需部位穿入并絞到一起，作為導(dǎo)電引出 極帶電引出。 電解液配置過(guò)程為將KOH(氫氧化鉀)溶入蒸溜水中，用比重計(jì)測(cè)量，到1. 3時(shí)， 電液配制完畢，待冷卻后注入電池盒中。 本發(fā)明的電池裝置鋅料可以不取出，作為一次電池使用；也可以在鋅負(fù)極用完后 打開(kāi)密封電池蓋，更換廢鋅料，進(jìn)行機(jī)械充電；還可以放入不銹鋼充電極直接充電，能復(fù)充 30次左右，其使用壽命大大延長(zhǎng)，成本大幅降低。
權(quán)利要求
鋅離子電池，包括殼體(1)、正、負(fù)電極柱(2)、(3)及正、負(fù)極板(4)、(5)，殼體(1)內(nèi)充有電解液，其特征在于，所述正極板(4)由活化膜層(6)和防水粉層(7)構(gòu)成，防水粉層(7)內(nèi)埋設(shè)有與正電極柱(2)電連接的導(dǎo)電網(wǎng)(8)，正極板(4)嵌在殼體(1)壁上，負(fù)極板(5)由鋅粉壓片層(9)內(nèi)埋設(shè)與負(fù)電極柱(3)電連接的導(dǎo)電網(wǎng)(8)構(gòu)成，負(fù)極板(5)置于殼體(1)內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l所述的鋅離子電池，其特征在于，所述殼體(1)上設(shè)有充電極柱(12)， 充電極柱(12)通過(guò)導(dǎo)線連接有充電極(13)，充電極(13)置于殼體(1)內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求l所述的鋅離子電池，其特征在于，所述負(fù)極板(5)于鋅粉壓片層(9)外 包裹有棉紙層(14)。
4. 鋅離子電池的制造方法，其特征在于，它包括以下步驟a、 負(fù)極板制造，稱取一定的按重量比為100 : 6 8的鋅粉和維晶纖維素混合物在電 池棉紙上刮平，埋入導(dǎo)電網(wǎng)，另取電池棉紙覆蓋；在模具中壓制成型；b、 防水粉制造，將按重量比為100 : 30 35的乙炔黑和低壓聚乙烯置于容器中，加煤 油適量并加熱充分?jǐn)噭?，倒出冷卻，放入油壓機(jī)中壓油，粉碎過(guò)篩得防水粉；c、 活化膜制造，將按重量比為100 : 500 550 : 30 35的乙炔黑、104活性碳和硝 酸銀加蒸餾水適量充分?jǐn)噭?，烘干后置入馬福爐中升溫至370°C 士5t:，保溫8 8. 5小時(shí) 后冷卻至常溫，過(guò)篩得活化粉，按重量比將IOO : 50 55 : 25 26的活化粉、聚四氟乙 烯乳液和OP乳化劑加適量蒸餾水調(diào)勻，放入碾壓機(jī)升溫至4(TC 5(TC碾壓成薄膜，用無(wú)水 乙醇浸泡24小時(shí)以上后取出得活化膜；d、 正極板制造，在活化膜上放一定量的防水粉刮平，埋入導(dǎo)電網(wǎng)，在170 18(TC溫度 下用模具在油壓機(jī)中壓型，再置入甲苯中浸泡12 13小時(shí)，取出干燥；e、 封裝，將正、負(fù)極板置于電池殼體內(nèi)并連接相應(yīng)導(dǎo)線，填充電解液，封裝。
5. 如權(quán)利要求4所述的鋅離子電池的制造方法，其特征在于，負(fù)極板壓制成型取出后 用棉紙和/或耐堿棉紙包裹。
6. 如權(quán)利要求4所述的鋅離子電池的制造方法，其特征在于，防水粉制造過(guò)程中，壓油 過(guò)程為兩次，經(jīng)過(guò)頭道壓油的防水粉掰碎，再置入油壓機(jī)中二次壓油至含煤油30 32%。
7. 如權(quán)利要求4所述的鋅離子電池的制造方法，其特征在于，活化膜制造過(guò)程中，乙炔 黑、104活性碳和硝酸銀的烘干物用玻璃纖維布包裹，置入容器中，在玻璃纖維布周圍用活 性碳填塞，再置入馬福爐中升溫。
8. 如權(quán)利要求4所述的鋅離子電池的制造方法，其特征在于，壓型過(guò)程為，在油壓機(jī)中 壓2 5分鐘，保壓2分鐘，再冷壓定型。
9. 如權(quán)利要求4所述的鋅離子電池的制造方法，其特征在于，正極板制造過(guò)程中，甲苯 的浸泡過(guò)程為先浸泡6 6. 5小時(shí)，再更換甲苯再浸泡6 6. 5小時(shí)，取出干燥。
全文摘要
鋅離子電池及其制造方法涉及一種利用鋅空氣反應(yīng)發(fā)電的裝置及其制造方法。鋅離子電池其正極板(4)由活化膜層(6)和防水粉層(7)構(gòu)成，防水粉層(7)內(nèi)埋設(shè)有與正電極柱(2)電連接的導(dǎo)電網(wǎng)(8)，正極板(4)嵌在殼體(1)壁上，負(fù)極板(5)由鋅粉壓片層(9)內(nèi)埋設(shè)與負(fù)電極柱(3)電連接的導(dǎo)電網(wǎng)(8)構(gòu)成，負(fù)極板(5)置于殼體(1)內(nèi)。制造方法包括以下步驟a、負(fù)極板制造；b、防水粉制造；c、活化膜制造；d、正極板制造；e、封裝。具有工作電流大、結(jié)構(gòu)及制造工藝簡(jiǎn)單、可重復(fù)充電及方便更換鋅負(fù)極的優(yōu)點(diǎn)。鋅空氣電池的孔率約占空氣電極體積的40％以上，因此正極工作時(shí)極化較小，而且以大電流工作。
文檔編號(hào)H01M12/06GK101702454SQ20091007312
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者馬長(zhǎng)洪 申請(qǐng)人:黑龍江慧能綠色能源科技開(kāi)發(fā)有限公司