注水發(fā)電環(huán)保電池及其正電極和電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一次性電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于注水發(fā)電電池的正電極及其 制備方法、含有該正電極的注水發(fā)電環(huán)保電池和含有該注水發(fā)電環(huán)保電池的電池組。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的儲能設(shè)備，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，如 移動電子產(chǎn)品、便攜照明設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域。
[0003] 電池主要分為一次電池和二次電池。一次電池儲存的電容量較大，但不可反復(fù)利 用；二次電池能夠儲存的電容量相對較小，但能夠反復(fù)充放電循環(huán)利用。雖然二次電池占據(jù) 著當(dāng)前電池市場的主要份額，但在一些特殊的應(yīng)用場景中，一次電池的地位無可替代，如儲 備電池、應(yīng)急照明、野外探險、水下潛航器等。
[0004] 一次電池主要由正極、負極和電解質(zhì)三個部分組成，其產(chǎn)生電能的過程通過正負 極上的氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)。負極活性物質(zhì)由電位較負并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如 鋅、鎘、鉛等活潑金屬等。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二 氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、 堿、鹽的水溶液等。電解質(zhì)中不存在自由電子，電荷的傳遞伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面 的氧化或還原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)迀移，電荷在電解質(zhì)中的傳遞通過溶液 中離子的迀移來完成。一次電池儲存的電容量較大、成本低，但不可反復(fù)利用，廢舊一次電 池中的堿液會造成土壤鹽堿化，對生態(tài)環(huán)境危害較大。
[0005] 目前市場上主要的一次電池有：鋅錳電池、堿錳電池、鋅銀電池等，這類電池包含 酸性或堿性電解液等強刺激性物質(zhì)，需要密閉的使用環(huán)境，一旦發(fā)生電解液泄露，將對環(huán)境 造成較嚴重的危害。另外有一類以水為電解液的電池，其電化學(xué)活性材料為插在水中的兩 種不同活性的金屬。如威廉F摩利斯等發(fā)明的一種儲備電池，其使用外部電解質(zhì)濃縮物儲 存器存放電解質(zhì)，通過循環(huán)水路將電解質(zhì)溶解并帶入電池內(nèi)部激活電池，該發(fā)明適合用作 大型靜態(tài)儲電設(shè)備，但是其自身構(gòu)造不靈活，難以在小型設(shè)備中應(yīng)用。又如羅士武發(fā)明了一 種水伏電池，其以單質(zhì)銅作為正極，單質(zhì)鋅作為負極，水作為電解液，所制備的電池簡單環(huán) 保，但是單體電池電壓低、放電速率慢。陳秋榮等發(fā)明了一種注水鎂合金電池，該電池由鎂 合金陽極、催化劑、和鋼殼構(gòu)成，通過向電池內(nèi)注水實現(xiàn)發(fā)電，但是該電池所使用的鎂合金 陽極已生成Mg(0H)2鈍化膜，進而導(dǎo)致電池使用壽命短。因此，該類以水為電解液的電池雖 然環(huán)保，但是受制于金屬在水中較慢的反應(yīng)速率，均存在一定技術(shù)缺陷，如電壓低和功率較 小，使用壽命短，實用性差，或還存在構(gòu)造復(fù)雜的不足，導(dǎo)致其使用受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供了一種用于注水發(fā)電電池的正 電極及其制備方法、含有該正電極的注水發(fā)電環(huán)保電池和含有該注水發(fā)電環(huán)保電池的電池 組，以解決現(xiàn)有水為電解液的一次電池存在的如構(gòu)造復(fù)雜、電壓低、功率較小、放電速率慢、 使用壽命短等缺陷。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種用于注水發(fā)電電池的正電 極，包括正極集流體，還包括設(shè)置于所述正極集流體表面的正極活性層，且所述正極活性層 包括第一吸水材料基層和吸附于所述第一吸水材料基層上的可溶銅鹽。
[0008] 本發(fā)明的另一方面，提供了上述本發(fā)明正電極的制備方法，包括如下步驟：
[0009] 將所述可溶銅鹽分散于高分子聚合物熔融液和/或溶劑中，配制成漿料；
[0010] 將所述漿料吸附于所述第一吸水材料基層上。
[0011] 本發(fā)明的又一方面，提供了一種注水發(fā)電環(huán)保電池，包括開設(shè)有進水口的電池殼 體、正電極和負電級，還包括半透隔離膜和鹽橋?qū)樱宜稣姌O、半透隔離膜、鹽橋?qū)雍拓?電級依次疊設(shè)設(shè)置成電池芯，并裝設(shè)于所述電池殼體的腔體內(nèi)；其中，所述電池殼體至少包 括絕緣層，所述絕緣層直接將所述電池芯封裝其內(nèi)；所述正電極為上述本發(fā)明正電極。
[0012] 本發(fā)明的還一方面，提供了一種電池組，其包括采用并聯(lián)或串聯(lián)電連接的上述本 發(fā)明注水發(fā)電環(huán)保電池。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述本發(fā)明用于注水發(fā)電電池的正電極采用可溶性金屬鹽為正 極活性物質(zhì)，因此，其由于金屬鹽遇水后迅速電離為活性更高的金屬離子，可以實現(xiàn)更快速 的得電子反應(yīng)，進而得到更大放電速率。另外，本發(fā)明正電極所含的吸水材料基層不僅能作 為可溶性金屬鹽的負載載體，提高可溶性金屬鹽的含量，而且具有優(yōu)異的吸水和保濕性能， 從而為可溶性金屬鹽釋放離子提供了一穩(wěn)定和持續(xù)的環(huán)境，從而使得本發(fā)明正電極能夠持 久穩(wěn)定的提供活性更高的金屬離子，從而賦予含有該正電極的電池持續(xù)穩(wěn)定的放電，且放 電速率高。
[0014] 上述用于注水發(fā)電電池的正電極制備方法將可溶金屬鹽配制成漿料，并將所述漿 料吸附于所述第一吸水材料基層上，有效增大了可溶金屬鹽的含量，并便于可溶金屬鹽在 遇水后能夠快速溶出，從而可以實現(xiàn)更快速的得電子反應(yīng)，進而得到更大放電速率。另外， 該方法其工藝步驟簡單，條件易控，提高了生產(chǎn)效率，使得制備的正電極性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成 本低。
[0015] 上述注水發(fā)電環(huán)保電池采用上述本發(fā)明正電極作為電池正極，并與半透隔離膜、 鹽橋?qū)雍拓撾娂壱来委B設(shè)設(shè)置成電池芯，從而賦予本發(fā)明注水發(fā)電環(huán)保電池注水后能夠?qū)?現(xiàn)更快速且穩(wěn)定的得電子反應(yīng)，進而得到更大放電速率，同時延長了使用壽命。半透隔離膜 能夠有效防止金屬離子擴散到負極發(fā)生自放電，本發(fā)明使用了選擇性透過膜作為正負極之 間的隔膜，有效增強了電池的穩(wěn)定性。另外，以水為電解質(zhì)，賦予本發(fā)明注水發(fā)電環(huán)保電池 環(huán)保，且其結(jié)構(gòu)簡單。
[0016] 上述電池組含有本發(fā)明注水發(fā)電環(huán)保電池為電池單體，因此，其遇水能快速放電， 且放電速率高和放電穩(wěn)定，使用壽命長。
【附圖說明】
[0017] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0018] 圖1為本發(fā)明實施例注水發(fā)電環(huán)保電池電池芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0020] 本發(fā)明實施例提供了一種遇水能快速的得電子反應(yīng)，放電速率高和放電穩(wěn)定的一 種用于注水發(fā)電電池的正電極（下文簡稱正電極）。在一實施例中，如圖1所示，該正電極 1包括正極集流體11，還包括設(shè)置于所述正極集流體11表面的正極活性層12。在一實施 例中，該正極活性層12可以是貼設(shè)在所述正極集流體11的其中一表面或者整個表面上。 在另一實施例中，該正極活性層12還可以是貼設(shè)并結(jié)合在所述正極集流體11表面上。其 中，所述正極活性層12包括第一吸水材料基層和吸附所述第一吸水材料基層上的可溶銅 鹽。因此，本發(fā)明實施例正電極采用可溶性金屬鹽為正極活性物質(zhì)，使其遇水后能迅速電離 為活性更高的金屬離子，可以實現(xiàn)更快速的得電子反應(yīng)，進而得到更大放電速率。另外，本 發(fā)明實施例正電極所含的吸水材料基層不僅能作為可溶性金屬鹽的負載載體，提高可溶性 金屬鹽的含量，而且具有優(yōu)異的吸水和保濕性能，從而為可溶性金屬鹽釋放離子提供了一 穩(wěn)定和持續(xù)的環(huán)境，從而使得本發(fā)明實施例正