專利名稱：內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開了一種內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池，它屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
鋅-空氣電池的電化學(xué)原理為在堿性電解液中，空氣電極上發(fā)生氧氣還原為氫氧根離子的陰極反應(yīng)，電極電位較正；而鋅電極上發(fā)生鋅氧化生成氧化鋅的陽極反應(yīng)，電極電位較負(fù)，由此二者組成電池時，就可對外提供電能，其電動勢為1.6V。由于鋅-空氣電池有一半電化學(xué)當(dāng)量的反應(yīng)物質(zhì)是空氣中的氧氣，不需要貯存在電池中，因此該電池可以提供比普通一次性電池(如干電池、堿性鋅錳電池)大得多的比能量，并節(jié)省大量資源。由于這一突出優(yōu)點，人們已研制生產(chǎn)了若干種形式的鋅-空氣電池，如扣式鋅-空氣電池，方形鋅-空氣電池。這些電池的空氣電極均為平板形，與市場上廣泛使用的小型標(biāo)準(zhǔn)化圓柱電池(如AA及AAA型)不能互換使用，極大地限制了其使用范圍。雖然有人[陸天虹等《電源技術(shù)》，2(5)1980；H.R.Espig and D.F.Porter“8th In-ternational Power Sources Symposium”P.535-552(1972)；吳智遠(yuǎn)中國專利，ZL94206870.X(940320)]報導(dǎo)過圓柱形鋅-空氣電池的制備方法，但采用的均為外氧式空氣電極，工藝復(fù)雜，密封性差，不適宜工業(yè)化生產(chǎn)而未能商品化。
本發(fā)明的目的在于為獲取一種比能量大、自放電率低、結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、易于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的具有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸的小型圓柱形鋅-空氣電池。它的空氣電極應(yīng)能采用內(nèi)氧式不斷地有空氣供給，且做成的電池應(yīng)能與市售標(biāo)準(zhǔn)的電池互相替換。
為實現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的主要技術(shù)措施有采用內(nèi)氧式空氣電極結(jié)構(gòu)。其特征為內(nèi)氧式空氣電極(正極)(7)置于電池中央，鋅電極(負(fù)極)(4)填充于空氣電極與外殼(5)之間，外殼為負(fù)極集流體；內(nèi)氧式空氣電極為筒狀，空氣(氧)從簡內(nèi)側(cè)進(jìn)入；空氣進(jìn)入孔(1)開在正極帽(2)的帽端；π型正極帽下部圓筒外壁與空氣電極內(nèi)壁為緊密接觸電連接；電池外殼采用銅或銅合金。
內(nèi)氧式空氣電極是電池的關(guān)鍵部分。它是一種高性能多孔狀電催化氧還原電極，加工成圓筒形，其外表為催化層(10)(由化學(xué)制備的錳或鈷氧化物或銀粉、活性炭、粘合劑組成)，內(nèi)層為防滲層(12)(由乙炔黑、聚四氟乙烯、粘合劑組成)，催化層與防滲層中間夾放著集電用的泡沫鎳片(11)?？諝怆姌O頂部有塑料密封圈(3)、下部為塑料筒底(9)。密封圈、筒底和空氣電極筒卷邊接縫，采用精密注塑工藝整體成形。密封圈上嵌入正極金屬帽，金屬帽呈“π”形，下部圓筒插入空氣電極，圓筒外壁與空氣電極內(nèi)壁緊密接觸，有可靠的電連接。正極帽帽端兩側(cè)面對稱開有一對或兩對空氣進(jìn)氣孔，孔徑依所需電流大小為0.2～1.5mm?？諝庥煽諝膺M(jìn)氣孔(1)進(jìn)入空氣電極中央氣室，再經(jīng)防滲層擴散至催化層，在催化層孔隙中與電解液接觸并發(fā)生反應(yīng)。由于防滲層的憎水作用，空氣電極外側(cè)的電解液不能通過防滲層滲漏。
鋅電極為糊狀鋅膏，由金屬鋅粉、氧化鋅、緩蝕劑、粘稠劑和氫氧化鉀電解質(zhì)溶液組成。隔膜材料為無紡塑料纖維布。電池外殼材料為紫銅或黃銅、鋅、鋼筒內(nèi)鍍鋅、塑料筒內(nèi)嵌集電銅片。
本實用新型所描述的內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池與已有技術(shù)相比較，它具有如下優(yōu)點(1)正極和負(fù)極可分為相對獨立的兩部分，便于加工和裝配；(2)增加了盛裝負(fù)極物質(zhì)的體積，提高了電池容量；(3)擴大了負(fù)極集流面積，提高了電池效率；(4)封裝更為嚴(yán)密，防止了漏堿；(5)免除了點焊連接，有利于工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)；(6)進(jìn)氣孔開在正極帽端，既可保證氣路暢通，又便于包裝。


圖1是內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池結(jié)構(gòu)圖。
圖1中1—進(jìn)氣孔；2—正極金屬帽；3—塑料密封圈；4—糊狀鋅電極；5—外殼；6—隔膜；7—內(nèi)氧式空氣電極；8—空氣室；9—塑料筒底。
圖2是空氣電極的剖面圖。
圖2中10—空氣電極催化層；11—空氣電極集流泡沫鎳片；12—空氣電極防滲漏層。
實施例1由本實用新型制成的AA型鋅-空氣電池。
將0.2mm厚的導(dǎo)電多孔聚四氟乙烯透氣防水膜兩層，中間夾放泡沫鎳片，以及一層0.2mm厚的氧還原催化膜(組成為70％活性炭，15％化學(xué)制備的錳氧化物MnO2±δ，15％聚四氟乙烯，混合均勻后碾壓成膜)在25Kg/CM2壓力下壓制成0.7mm厚的電極片，裁剪成所需面積并特制成內(nèi)徑為5mm的筒狀，然后在特制注塑模中制成一端有塑料密封圈，一端有底蓋并密封接縫的正極蕊。在正極蕊外表面包上隔膜(無紡塑料纖維布)。在塑料密封圈上嵌入正極帽，正極帽端兩側(cè)開有一對0.5mm的進(jìn)氣孔，在清潔紫銅外殼中，注入4ml糊狀鋅膏(鋅負(fù)極組成為66％高純度鋅粉；4％緩蝕劑；4％羧甲基醋酸纖維酯，加入濃度為40％KOH溶液調(diào)制而成)，此即為電池負(fù)極。在電池外殼上端滾槽口涂一層防堿密封膠，再插入正極蕊，使塑料密封圈在滾槽上到位，然后用機械封口。
組裝后的電池外形尺寸直徑14.00+0.5mm，高49.50+0.5mm。電池開路電壓＞1.4V，電池容量＞4.0Ah，放電電壓＞1.2V。年自放電率＜5％。
實施例2按實施例1所述制成正、負(fù)兩種電極，組裝成AAA型電池，電池外形尺寸直徑9.50+0.5mm，高43.50+0.5mm，電池開路電壓＞1.4V，放電電壓＞1.2V；電池容量＞1.5Ah，年自放電率＜5％。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池，其特征在于它的正極為空氣電極(7)，負(fù)極為鋅電極(4)，內(nèi)氧式圓筒狀多孔電催化氧還原空氣電極置于電池中央，糊狀鋅電極充填于空氣電極外側(cè)與電池外殼(5)之間，電池殼為電池負(fù)極集流體，空氣電極頂部有密封圈(3)，下部為塑料筒底，密封圈、筒底和空氣電極筒卷邊連接，采用注塑工藝整體成型。
2.按權(quán)利要求1所述的鋅-空氣電池，其特征在于電池的圓筒狀多孔電催化氧還原空氣電極，它的外表為催化層(10)，內(nèi)層為防滲層(12)，催化層與防滲層中間夾放泡沫鎳片(11)；催化層由催化劑、活性炭、粘合劑組成，防滲層由乙炔黑、聚四氟乙烯、粘合劑組成；空氣電極(正極)的空氣進(jìn)氣孔(1)開在正極帽端(2)的兩側(cè)，進(jìn)氣孔的孔徑為≥0.2到1.5mm。
3.按權(quán)利要求1和2所述的鋅-空氣電池，其特征在于空氣電極采用防水透氣膜復(fù)合高活性催化層結(jié)構(gòu)，催化劑為化學(xué)制備的錳、鈷氧化物或銀粉。
4.按權(quán)利要求1所述的鋅-空氣電池，其特征在于鋅-空氣電池外殼尺寸型號可加工成標(biāo)準(zhǔn)的市售電池的外殼尺寸型號。
專利摘要本實用新型公開了一種內(nèi)氧式圓柱形鋅-空氣電池，它的正極為空氣電極，負(fù)極為鋅電極，內(nèi)氧式圓筒狀高性能多孔狀電催化氧還原空氣電極置于電池中央，糊狀鋅電極充填于空氣電極外側(cè)與電池筒殼之間，電池殼為電池負(fù)極集流體。本實用新型的電池容量大(3AH)、比能量高(210Wh/Kg)、自放電率低(年損失小于5％)、成本低、安全可靠，其結(jié)構(gòu)新穎合理，適合工業(yè)化生產(chǎn)，它適合于長期連續(xù)小電流放電的場合，特別適用于BP機等低功率便攜式電子產(chǎn)品。
文檔編號H01M4/04GK2271748SQ9623954
公開日1997年12月31日 申請日期1996年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月1日
發(fā)明者甘復(fù)興, 李升憲, 楊漢西, 江業(yè)慶, 牛牧 申請人:武漢大學(xué), 武漢市三元科技工程有限責(zé)任公司