專利名稱：中性鋁——空氣電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)電源及制備方法。
一種中型功率兩電池為一體的靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，已有技術(shù)的中性鋁-空氣電池多為大功率電池組，帶有強制電解液循環(huán)流動系統(tǒng)或陽極低頻振蕩系統(tǒng)，以及空氣對流系統(tǒng)等輔助設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其鋁電極多用Al-Ga-In-Tl、Al-Ga-In-P或Al-Ga-Sn等合金鋁。采用的原料為99.99%的高純鋁及含有0.2%的昂貴金屬Ga，成本高。電解液為NaCl和Na2SO4混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液。〔A.R.Despic，Proc.First Int.Workshop React.Metal-Air Batteries，University of Bonn，West Germany，July 9-11，1979;A.R.Despic and P.D.Milanovic，“Aluminum-Air Battery for Electric Vehicles”Rec.Trav.Int.Sciences Techniques Academie Serbe Sciences Arts 12(1)1-18(1979);A.R.Despic，“Proc of the 29th IUPAC Congress，Cologne Feoleral Republie of Germany，5-10 June，1983”，1984 P267-274;D.M.Drazic，A.R.Despic and S.K.Zecevic，F(xiàn)uell Cell Trens in Research and Application p105～125(1987)〕;靜止電解液小功率中性鋁-空氣電池的體積大，結(jié)構(gòu)不能保證空氣對流，工作電流小，鋁電極為Al-0.2%Ga-0.2%Sn，可間歇放電40小時，但鋁的利用率極低〔日本專利昭62-37885〕;國內(nèi)市場上已有的中性鋁-空氣電池用于電池?zé)?，其密封方法只能設(shè)計成園筒形電池組，不便于電池?zé)艟叩母鞣N造型設(shè)計，極柱腐蝕嚴(yán)重，極易損壞;更換鋁電極時易將鋁電極裝錯，造成電池短路。
本發(fā)明的目的是采用成本低、活性高的鋁合金作電池負(fù)極、廉價的食鹽水或海水作電解液和本發(fā)明的電池結(jié)構(gòu)，制成靜止電解液的中型功率機械再充電中性鋁-空氣電池，克服已有技術(shù)存在的缺點。
本發(fā)明的中性鋁-空氣電池制造工藝為將A00純鋁錠(純度99.7%)裝入放在井式電爐內(nèi)的石墨坩堝中，加熱熔化成850～950℃的鋁液，按重量百分比加入0.01～0.1%Ga、0.01～0.1%In、0.05～0.5%Mg、0.05～0.3%Sn、0.05～0.2%Bi和0.03～0.1%P等，用石墨棒迅速攪勻，澆鑄成500×120×50mm的鋁合金錠，將鋁合金錠裝入箱式爐中加熱至300～600℃恒溫4～10小時，然后先熱軋至2mm，再冷軋成0.4mm厚的鋁合金帶，將其在150～550℃下恒溫1～6小時退火處理，取出裁成7.0×5.5cm的片，鉚上50×4×0.1mm的銅片，鉚接處涂漆，制成電位相對飽和甘汞電極電位為-1.47V的鋁電極電流效率可達(dá)97%。本發(fā)明所用的空氣電極是按催化層+防水層+導(dǎo)電網(wǎng)+防水層的順序疊加后以150～350Kg/cm2的壓力壓制而成，其面積為7.4×6.9cm，其中防水層是聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比2∶1～1∶2混合滾壓制成，聚四氟乙烯以乳液形式加入，將制成的0.5～1mm厚的防水層膜裝入箱式爐，先在150～300℃下加熱1～2.5小時，再升溫到300～380，加熱10～90分鐘，冷卻到室溫。
本發(fā)明的電池結(jié)構(gòu)如附

圖1、附圖2、附圖3、附圖4，為兩只電池夾一扁塑料螺柱6連為一體，扁螺柱6從電池組中央部位突出，在扁螺柱6頂部靠近兩側(cè)平面處開設(shè)相對的兩扁槽6a，兩電池的鋁電極13和12的引線13a和12a緊貼扁螺柱6的兩側(cè)平面，鉤掛在兩扁槽6a中，將150ml食鹽水或海水分別倒入A、B兩電池殼體10A和10B中，達(dá)到淹沒空氣電極8和9，扣上電池組上蓋11，扁螺柱6穿過上蓋11的扁孔11a而突出在上蓋11上，位于扁螺柱6兩旁的兩個空氣對流孔柱10b分別穿入上蓋11的兩圓孔11b中，插上叉形螺柱2，兩鋁電極引線13a和12a分別與叉形螺柱2的扁銅極柱3和4緊密接觸，擰緊螺母1，將上蓋11壓緊，彈性圈14就被分別壓入上蓋11的方框11d與電池殼體10A和10B上部的半槽10a組成的溝槽中而密封。插頭7插入叉形螺柱2的插孔中，插頭7上的金屬環(huán)9b與叉形螺柱2上的金屬環(huán)3a接觸，金屬環(huán)3a與扁銅極柱3為一體，而金屬環(huán)9b與B電池的空氣電極9的引線9a相連，將A與B兩電池串聯(lián)，插頭7上的金屬環(huán)8b與空氣電極8的引線8a相連，又與扁螺柱2上的金屬環(huán)5a接觸，金屬環(huán)5a與銅極柱5為一體，極柱4與5為電池組的負(fù)與正極柱。電池工作時內(nèi)部產(chǎn)生的氣體由上蓋11上的兩個帶有透氣膜的園孔11c排出。本發(fā)明的電池可作電池?zé)舻戎行凸β实碾娫词褂?，用作電池?zé)綦娫磿r，電池?zé)舻恼彰鞑糠謶?yīng)與叉形螺柱設(shè)計為一體，插頭7同時可作燈具開關(guān)。
本發(fā)明的中性鋁-空氣電池的突出優(yōu)點是鋁合金電極活性高，電流大、成本低;空氣電極防水層采用熱處理的碳質(zhì)聚四氟乙烯制成，工藝簡單，防水性好，電池結(jié)構(gòu)及密封工藝可保證電池組外形可制成園筒形、橢園形、方形等，以滿足電池?zé)舻扔秒娖鞯脑煨驮O(shè)計要求;本發(fā)明的結(jié)構(gòu)消除了極柱腐蝕現(xiàn)象，可避免用戶補充鋁電極時可能將其裝反;電解液采用食鹽水或海水，成本低。
實施例按上述結(jié)構(gòu)制成的兩電池為一體的中性鋁-空氣電池組，其鋁合金電極按下列方法制成將A00純鋁錠放入井式電阻爐中的石墨坩堝內(nèi)，將其加熱熔成950℃的鋁液，加入0.04%Ga、0.01%In、0.15%Sn、0.04%P，用石墨棒快速攪勻，澆鑄成500×120×50mm的合金鋁錠。將合金鋁錠放入箱式爐中，在450℃下恒溫6小時，取出，先熱軋至2mm，再冷軋成0.4mm厚的合金鋁帶，再放入箱式爐內(nèi)400℃恒溫4小時退火處理。將退火后的合金鋁帶裁成7.0×5.5cm的片、在其一邊中部鉚上50×4×0.1mm的銅片，鉚接處涂漆，制成電位相對飽和甘汞電極電位為-1.47V、電流效率為97%的鋁電極;空氣電極按催化層+防水層+導(dǎo)電網(wǎng)+防水層的順序疊加后以250Kg/cm2的壓力壓制而成，其面積為7.4×6.9cm，其防水層是由聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比1∶1混合滾壓成膜，聚四氟乙烯以乳液形式加入，將滾壓成的防水層膜裝入箱式爐在250℃下恒溫2小時，再升溫至330℃恒溫30分鐘冷卻，獲得具有良好疏水性能的防水層膜。將上述中性鋁-空氣電池用于電池?zé)?，可?qū)動電壓為2V，電流0.75A的燈泡連續(xù)照明8小時以上，間歇照明兩天，每天4小時。
權(quán)利要求
1.一種中型功率靜止中性電解液鋁--空氣電池及其制備方法，由兩個電池構(gòu)成一體，鋁電極為Al-Ga-In-Tl、Al-Ga-In-P、Al-Ga-Sn等合金鋁，本發(fā)明的特征是電池組可設(shè)計成圓筒形、橢圓形、方形等，其結(jié)構(gòu)上設(shè)有扁形螺柱6，帶有三個極柱的叉形螺柱2，擰緊螺母1，上蓋11和彈性圈14，插頭7，空氣電極防水層，鋁合金電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是兩電池為一體結(jié)構(gòu)中間突出一扁形螺柱6，其頂部靠近兩側(cè)平面處設(shè)相對的兩扁槽6a，兩電池的鋁電極引線分別貼扁螺柱6兩側(cè)平面正對著鉤掛在兩扁槽中6a中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是叉形螺柱2插在扁形螺柱6上形成一完整螺柱，擰緊螺母1，從電池組上部中央位置施以軸向壓力，壓緊上蓋11和彈性圈14于殼體上，形成緊密封接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是叉形螺柱2上設(shè)有兩個扁銅極柱3和4，分別與兩合金鋁電極引線緊密接觸，電池本體上不設(shè)極柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是插頭7插入叉形螺柱2上的插孔而將兩電池串聯(lián)的，插頭7可代替開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是合金鋁電極按下方法制成將A00純鋁放入石墨坩堝中，在井式電阻爐內(nèi)熔化成950℃的鋁液，然后按重量比加入0.01～0.1%Ca、0.01～0.1%In、0.05～0.5%Mg、0.05～0.3%Sn、0.05～0.2%Bi和0.03～0.1%P中的幾種成分，用石墨棒迅速攪拌均勻，澆鑄成500×120×50mm的合金鋁錠，把合金鋁錠在箱式爐中加熱到300～600℃下恒溫4～10小時，取出后先熱軋至2mm，再冷軋成0.4mm厚的合金鋁帶，然后在250～550℃下恒溫1～6小時退火處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中型功率靜止中性電解液鋁-空氣電池及其制備方法，其特征是聚四氟乙烯和乙炔黑制成的空氣電極防水層是將聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比2∶1～1∶2混合液壓制成0.5～1mm厚的膜，其中聚四氟乙烯以乳液形式加入，然后將該膜在箱式爐中先在150～300℃下加熱1～2.5小時，再升溫至300～380℃恒溫10～90分鐘，冷卻到室溫。
全文摘要
一種中型功率兩電池為一體的靜止中性電解液鋁——空氣電池及其制備工藝，本發(fā)明的鋁電極經(jīng)熔化Aoo純鋁、加入Ga、In、Mg、Sn、Bi、P等，澆鑄、熱處理、熱軋、冷軋、退火、鉚銅片等工藝制成。電池結(jié)構(gòu)設(shè)有扁螺柱上開出兩扁槽、鋁電極引線鉤掛在兩扁槽內(nèi)，有效防止電極引線掛錯。還采用了叉形螺柱與扁螺柱構(gòu)成一完整螺柱，用螺母與上蓋，彈性圈與殼體形成緊密封接。電池殼體不設(shè)極柱。本發(fā)明電池的成本低，密封性能好，無極柱腐蝕問題，電解液可用一般食鹽水或海水。
文檔編號H01M2/00GK1060183SQ91109160
公開日1992年4月8日 申請日期1991年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月28日
發(fā)明者李振亞, 劉稚蕙 申請人:天津大學(xué)