專利名稱：一種便于更換鋅電極的鋅空氣電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及可更換鋅電極的鋅空氣電池裝置。
背景技術(shù)：
《鋅空氣(氧)電池進(jìn)展》(科學(xué)出版社，1975年版，清華大學(xué)鋅空氣電池研究組編譯，p7)介紹了一種能夠通過更換鋅電極實(shí)現(xiàn)電池再次使用的鋅空氣電池，電池單元有一個多孔鋅極，用氫氧化鉀電解質(zhì)浸透，用多孔隔膜包著，放在并聯(lián)而又平行的兩片疏水空氣陰極之間。網(wǎng)址http://www.changliunion.com/上介紹的北京長力聯(lián)合能源公司生產(chǎn)的鋅空氣電池，基本結(jié)構(gòu)也如上所述。這種結(jié)構(gòu)的鋅空氣電池采用雙空氣陰極，采取立式放置，單電池的厚度約2cm。因此，更換鋅電極的取出口僅僅是兩片空氣極之間的約1cm寬的狹縫，而且由于電池在放電反應(yīng)過程中鋅電極會發(fā)生電極增厚、特別是電極面不均勻增厚導(dǎo)致的扭曲變形，使鋅電極往往被卡住在雙空氣陰極中間，導(dǎo)致更換操作不便而且費(fèi)時，還容易造成在更換過程中損傷空氣極?？諝鈽O是電池殼體的一個組成部分，承擔(dān)側(cè)向的液體壓力，若在更換過程中造成即使微小的損傷，電池也會出現(xiàn)滲漏爬堿現(xiàn)象，影響使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種鋅空氣電池裝置，不僅使鋅電極更換方便、快速，且可避免更換過程中損壞空氣極。
這種鋅空氣電池裝置，包括由集流體3敷鋅膏1構(gòu)成的鋅電極，以及電池槽2、隔膜4和空氣極5，其中，空氣極5和集流體3分別通過導(dǎo)線引出作為電池的正負(fù)極；其特征在于在平放的電池槽2的底部平放集流體3，其上平鋪鋅膏1，鋅膏1上覆蓋隔膜4，隔膜上覆蓋空氣極5。
所述電池槽2通常由塑料注塑而成，也可采用布膠板材料制成。沿電池槽內(nèi)周邊粘貼不導(dǎo)電的、高度與平鋪的鋅膏平齊的塑料條10，將槽內(nèi)空間分為兩部分外圍空間是溢流槽11，內(nèi)部空間是鋅極槽12；鋅極槽12內(nèi)底部平放安裝集流體3，其上平鋪有鋅膏1。
可在電池槽2上加蓋板6，通過蓋板6上的固定扣7端部扣在電池槽2的底部以固定蓋板6和電池槽2，使電池成為一個整體。
所述蓋板6是用塑料或布膠板制作的網(wǎng)絡(luò)狀板，在其經(jīng)緯線的交叉處設(shè)置有突出塊8，突出塊8之間的空間以及網(wǎng)絡(luò)狀板上的網(wǎng)絡(luò)孔形成空氣極5的通風(fēng)口9；突出塊8的厚度可使蓋板6蓋在電池槽2上固定后該突出塊8壓緊在空氣極5上；這樣既可使得空氣極5與隔膜4和鋅膏1之間充分接觸，又可以通過網(wǎng)絡(luò)孔和突出塊8之間的空間形成的通風(fēng)口9，保持通暢的氧氣擴(kuò)散空間。
本發(fā)明鋅空氣電池裝置由于采取在平放的電池槽內(nèi)底部依次平放安裝鋅集流體，其上平鋪鋅膏，鋅膏上覆蓋隔膜，隔膜上覆蓋空氣極，鋅電極不是被夾在雙空氣陰極中間而是只被單面空氣極覆蓋且為平放，故即便鋅電極在放電反應(yīng)過程中發(fā)生增厚扭曲變形也不會被卡?。辉诟鼡Q鋅電極時，打開空氣極后，鋅電極的取出口即是電極面，該取出口遠(yuǎn)大于現(xiàn)有立式放置的機(jī)械插塊式鋅空氣電池裝置的取出口，從而可方便、快速地實(shí)現(xiàn)鋅電極在反應(yīng)結(jié)束后的更換；且由于取出鋅電極前空氣極已先與電池槽分離，故不會出現(xiàn)因更換鋅電極而導(dǎo)致空氣極受損。由于采用單面空氣極，空氣極在整個單電池上方，電池單體水平放置，即使空氣極有微小破損電池也不會有滲漏現(xiàn)象，可適合在顛簸震動環(huán)境下工作。


圖1是本發(fā)明鋅空氣電池裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是電池槽上的蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1圖1給出了本發(fā)明鋅空氣電池裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是加在電池槽上的蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明鋅空氣電池裝置，包括由集流體3敷鋅膏1構(gòu)成的鋅電極，以及電池槽2、隔膜4和空氣極5，其中，空氣極5和集流體3分別通過導(dǎo)線引出作為電池的正負(fù)極；在平放的電池槽2的底部平放安裝集流體3，其上平鋪鋅膏1，鋅膏1上覆蓋隔膜4，隔膜上覆蓋空氣極5。
所述鋅膏1由電解鋅與比重為1.3的KOH溶液和聚丙烯酸鈉按5-6∶3-4∶0.01-0.1的重量比調(diào)和成膏糊狀而成。本實(shí)施例單電池中，將電解鋅與比重為1.3的KOH溶液和聚丙烯酸鈉按重量比為60％∶39.5％∶0.5％的比例調(diào)和成膏糊狀，存放1天后即成鋅膏1。
所述集流體3為采用金屬導(dǎo)體如銅或鋅制作的薄板，作為收集、輸出電流的一個電極。
所述隔膜4是隔離空氣極5和鋅膏1的部件，通常采用耐堿隔膜紙或尼龍布制作。本實(shí)施例單電池中的空氣極5，是采用聚四氟乙烯乳液作粘結(jié)劑，將活性炭、石墨、乙炔黑、二氧化錳按重量比4∶2-4∶1-2∶2-4混合，輥壓在鍍鎳銅網(wǎng)上，在180-200℃烘箱內(nèi)烘烤20-50分鐘，冷卻到室溫后，在面向空氣極的一面壓上一層厚0.1-0.15mm的聚四氟乙烯薄膜制成。將空氣極5和隔膜紙4裁剪成94mm×148mm大小的矩形。也可參照現(xiàn)有公開技術(shù)如《化學(xué)電源》(中南大學(xué)出版社，2000年，P126-133)中所述的方法制作。
所述電池槽2通常由塑料注塑而成，也可以是布膠板材料制成。本實(shí)施例中采用工程塑料注塑電池槽2，電池槽的外觀尺寸為98mm×152mm，高7mm；沿電池槽內(nèi)周邊粘貼不導(dǎo)電的、高度與平鋪的鋅膏平齊的塑料條10，該塑料條10將槽內(nèi)空間分為兩部分，外圍空間是溢流槽11，內(nèi)部空間是鋅極槽12。鋅極槽12內(nèi)底部水平安裝集流體3，集流體3上平鋪有鋅膏1。本實(shí)施例單電池中，圍成鋅極槽的塑料條10尺寸為厚1mm高6mm，鋅極槽的外形尺寸為94mm×148mm，內(nèi)尺寸為92mm×146mm，將厚度為0.1mm的銅皮裁成92mm×146mm大小的矩形作為集流體3并平放安裝在鋅極槽12底部，焊接銅導(dǎo)線并引出槽體之外，作為負(fù)極。這種預(yù)留溢流槽的設(shè)計(jì)，是考慮到在蓋板的突出塊與空氣極的接觸中，由于壓力的作用，鋅膏內(nèi)會溢出小部分的電解液，為避免該液體損壞使用電池的電器，因此，在電池槽的設(shè)計(jì)中，預(yù)留了溢流空間，收集可能溢出的電解液。在現(xiàn)有技術(shù)中未見相同的設(shè)計(jì)。
所述蓋板6是用塑料或者布膠板制作成網(wǎng)絡(luò)狀的板，在其經(jīng)緯線的交叉處設(shè)置由塑料或者布膠板制作的突出塊8，突出塊8壓在空氣極5上；突出塊8之間的空間以及網(wǎng)絡(luò)狀板上的網(wǎng)絡(luò)孔形成空氣極5的通風(fēng)口9；蓋板6設(shè)置突出塊8壓在空氣極5上既可使得空氣極5、隔膜4、鋅膏1充分接觸，又可以保持通暢的氧氣擴(kuò)散空間。
本實(shí)施例中蓋板6采用工程塑料注塑成外尺寸為100mm×154mm、厚1mm的網(wǎng)絡(luò)狀板面，其網(wǎng)絡(luò)經(jīng)緯交叉點(diǎn)上設(shè)有高0.5mm、長和寬均為0.5mm的突出塊8，經(jīng)緯線寬5mm、厚1mm，圍成5mm×5mm的網(wǎng)眼作為空氣極的通風(fēng)口9，在蓋板6的長邊的中間部位設(shè)置兩個固定扣7，在短邊的中間部位也設(shè)置兩個固定扣7。固定扣外高9mm、寬10mm，內(nèi)高與電池槽2的外高相同為7mm，固定扣端部尺寸為寬2mm，厚1mm。
然后按照以下方式進(jìn)行單電池組裝先將鋅膏1平鋪在鋅極槽12內(nèi)平放安裝的集流體3上，高度為6mm與電池槽內(nèi)塑料條10齊平，上面覆蓋兩張隔膜紙4，然后蓋上空氣極5，最后將蓋板6蓋在空氣極5上，此時，突出塊8將空氣電極面，隔膜面和鋅電極面緊密接觸在一起。固定扣7扣在電池槽2的底部，鋅空氣電池制成后，放在塑料袋或電池盒內(nèi)密封存放。
將電池平放，空氣極面向上方，正負(fù)極引出的導(dǎo)線與負(fù)載相連，電池就可以正常工作了。本實(shí)施例單電池的額定輸出是1V5A。
需要額定輸出6V5A的電池組工作時，取上述單電池6片平疊在一起，間隔2-3mm，空氣極向上，將正負(fù)極引出的導(dǎo)線按串聯(lián)的方式連接起來作為電池組，將電池組的正負(fù)極與負(fù)載相連即可正常工作。
需要12V10A電池組工作時，取上述單電池24片，分兩組，每組12片疊放在一起，空氣極向上，電極組成2個12V的電池組，再將這兩組并聯(lián)即可滿足要求。
對于機(jī)械插塊式鋅空氣電池，如果通過直接加大鋅電極與兩片空氣極之間的距離以加大更換鋅電極的取出口，則會增加電池的內(nèi)電阻，降低電池的性能，也會增大電池的體積，影響使用范圍。而對于鋅空氣電池，實(shí)現(xiàn)快捷、安全地更換鋅電極是電池走向商業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。本發(fā)明電池裝置由于采取在平放的電池槽內(nèi)底部依次平放安裝鋅集流體，其上平鋪鋅膏，鋅膏上覆蓋隔膜，隔膜上覆蓋空氣極；鋅電極不是被夾在雙空氣陰極中間而是只被單面空氣極覆蓋且為平放，故即便鋅電極在放電反應(yīng)過程中發(fā)生增厚扭曲變形也不會被卡住。
本發(fā)明鋅空氣電池當(dāng)工作至鋅膏不能維持電池正常輸出要求時，可以方便地通過更換鋅膏或鋅電極使電池再工作打開電池蓋板6，掀開空氣電極5和隔膜4，刮去鋅電極上的舊鋅膏，裝入新的鋅膏1；或直接更換鋅電極。按安裝步驟重新組裝成單電池后，電池又可以繼續(xù)使用。舊鋅膏放入電解槽內(nèi)還原成鋅后，又可以循環(huán)使用。
更換鋅電極時，打開空氣極后，鋅電極的取出口即是電極面，該取出口遠(yuǎn)大于現(xiàn)有立式放置的機(jī)械插塊式鋅空氣電池裝置的取出口，故可方便、快速地實(shí)現(xiàn)鋅電極在反應(yīng)結(jié)束后的更換；且由于取出鋅電極前空氣極已先與電池槽分離，故不會出現(xiàn)為了更換鋅電極導(dǎo)致的空氣極受損。由于電池結(jié)構(gòu)采用空氣極在整個單電池上方，電池單體水平放置，因此，即使空氣極有微小破損電池也不會有滲漏現(xiàn)象，可適合在顛簸震動環(huán)境下工作。
權(quán)利要求
1.一種鋅空氣電池裝置，包括由集流體(3)敷鋅膏(1)構(gòu)成的鋅電極，以及電池槽(2)、隔膜(4)和空氣極(5)，其中空氣極(5)和集流體(3)分別通過導(dǎo)線引出作為電池的正負(fù)極；其特征在于在平放的電池槽(2)的底部平放集流體(3)，其上平鋪鋅膏(1)，鋅膏(1)上覆蓋隔膜(4)，隔膜上覆蓋空氣極(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池裝置，特征在于在電池槽(2)上加蓋板(6)；所述蓋板(6)是用塑料或布膠板制作的網(wǎng)絡(luò)狀板，在其經(jīng)緯線的交叉處設(shè)置有突出塊(8)，突出塊(8)之間的空間以及網(wǎng)絡(luò)狀板上的網(wǎng)絡(luò)孔形成空氣極(5)的通風(fēng)口(9)；突出塊(8)的厚度可使蓋板(6)蓋在電池槽(2)上固定后該突出塊(8)壓緊在空氣極(5)上；通過蓋板(6)上的固定扣(7)端部扣在電池槽(2)的底部使電池成為一個整體。
3.如權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池裝置，特征在于所述鋅膏由電解鋅與比重為1.3的KOH溶液和聚丙烯酸鈉按5-6∶3-4∶0.01-0.1的重量比調(diào)和成膏糊狀而成。
4.如權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池裝置，特征在于所述空氣極，是采用聚四氟乙烯乳液作粘結(jié)劑，將活性炭、石墨、乙炔黑、二氧化錳按重量比4∶2-4∶1-2∶2-4混合，輥壓在鍍鎳銅網(wǎng)上，在180-200℃烘箱內(nèi)烘烤20-50分鐘，冷卻到室溫后，在面向空氣極的一面壓上一層厚0.1-0.15mm的聚四氟乙烯薄膜制成。
5.如權(quán)利要求1所述的鋅空氣電池裝置，特征在于沿電池槽內(nèi)周邊粘貼不導(dǎo)電的、高度與平鋪的鋅膏平齊的塑料條(10)，該塑料條(10)將槽內(nèi)空間分為兩部分外圍空間是溢流槽(11)，內(nèi)部空間是鋅極槽(12)；鋅極槽(12)內(nèi)底部平放安裝集流體(3)，集流體(3)上平鋪有鋅膏(1)。
全文摘要
本發(fā)明鋅空氣電池裝置，包括由集流體敷鋅膏構(gòu)成的鋅電極，電池槽、隔膜和空氣極，其中空氣極和集流體分別通過導(dǎo)線引出作為電池的正負(fù)極；特征是在平放的電池槽的底部平放集流體，其上平鋪鋅膏，鋅膏上覆蓋隔膜，隔膜上覆蓋空氣極。本發(fā)明電池裝置克服了機(jī)械插塊式鋅空氣電池的鋅電極在放電結(jié)束后出現(xiàn)變形不易取出更換、以及易導(dǎo)致更換過程中損壞空氣極的缺點(diǎn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)反應(yīng)結(jié)束后鋅電極或鋅膏的更換，且不易使空氣極受損。由于采用單面空氣極，空氣極在整個單電池上方，電池單體水平放置，即使空氣極有微小破損電池也不會有滲漏現(xiàn)象，可適合在顛簸震動環(huán)境下工作。
文檔編號H01M12/06GK101055933SQ200610039690
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者徐獻(xiàn)芝, 朱梅, 李芬, 宋輝, 蔡傳禔 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)