專利名稱：堿性鋅空氣電池模塊及電池的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電池技術領域，特別涉及可過濾空氣的鋅空氣電池模塊及電池。
背景技術：
鋅空氣電池因為其具有比能量高、工作電壓平穩、安全性好、綠色環保、制 造成本低等優點而具有廣闊的應用前景。因此，積極開發鋅空氣電池是解決環保 和能源危機的重要途徑。目前，鋅空氣動力電池通常被設計成機械更換式，即電 池放電結束后，通過更換其中的鋅電極以達到電池的"充電"效果。專利"一種 便于更換鋅電極的鋅空氣電池裝置"(申請號200610039690. 7)介紹了一種不僅 使鋅電極更換方便、快速，且可避免更換過程中損壞空氣極的鋅空氣電池裝置。 該裝置的弊端主要體現在由于使用了單面空氣極，因此，電池的容量低，使用范 圍受到限制。其次，鋅空氣電池廣泛使用堿性電解液，包括氫氧化鈉和氫氧化鉀 等。在電池工作中，空氣中的氧氣參與電化學反應中產生電能。問題在于，空氣 中不僅僅有電池反應需要的氧氣，也含有對電池反應不利的二氧化碳。尤其是堿 性電解液工作環境中，二氧化碳進人電池，使堿性電解液碳酸化，形成堿金屬的 碳酸鹽或亞碳酸鹽。當碳酸鹽在陰極中結晶時，陰極會受到損壞，并會堵塞空氣 的通路，從而影響到電池的使用壽命和供電能力。目前沒有鋅空氣電池使用中加 設過濾二氧化碳的設備的報道。 發明內容本實用新型提出 一種裝有空氣過濾系統的堿性鋅空氣電池模塊及電池，堿性 鋅空氣電池模塊采用了雙面空氣極，既增加了電池容量，又方便電池更換鋅電極； 堿性鋅空氣電池模塊還可避免空氣中的二氧化碳對電池性能的不利影響。本實用新型的技術方案如下堿性鋅空氣電池模塊，包括有由集流體與外敷鋅骨構成的鋅電極，上、下空 氣極，隔膜，上、下電池框，從空氣極和集流體上分別通過導線引出作為電池的 正負極；其特征在于所述的鋅電極外用包裹隔膜包裹，鋅電極的上、下方分別 放置有上、下空氣極，鋅電極與上、下空氣極均為平板形狀，上、下空氣極與鋅 電極的上、下表面之間分別有隔膜進行隔離，上、下電池框分別夾持在上、下空 氣極的表面，并固定連接。所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于所述的上、下電池框內有若干個支 撐條，支撐條上有突出塊，突出塊用于支撐上、下空氣極的表面。所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于沿電池框上有高度與鋅電極平齊的 內框，內框外有溢流槽。所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于所述的上、下電池框結構相同，電 池框的上下表面分別有能夠相互契合的凹槽與凸塊。堿性鋅空氣電池，包括有封閉的殼體，由集流體與外敷鋅膏構成的鋅電極， 上、下空氣極，隔膜，上、下電池框，從空氣極和集流體上分別通過導線引出作 為電池的正負極；其特征在于所述的鋅電極外用包裹隔膜包裹，鋅電極的上、 下方分別放置有上、下空氣極，鋅電極與上、下空氣極均為平板形狀，上、下空 氣極與鋅電極的上、下表面之間分別有隔膜進行隔離，上、下電池框分別夾持在 '上、下空氣極的表面，并固定連接后水平安裝在殼體內，殼體上安裝有通風設施， 殼體外設置有封閉的空氣過濾池與氣泵，空氣過濾池內裝有吸收二氧化碳的液 體，氣泵的送氣口通入空氣過濾池的底部，空氣過濾池的頂部聯通有出氣管送入 殼體內。所述的堿性鋅空氣電池，其特征在于所述的空氣過濾池的吸收二氧化碳的液 體中安裝有過濾網。所述上、下電池框通常由塑料注塑而成，也可采用布膠板材料制成。電池框中間有間隔等距離平行排布的若千支撐條，支撐條上、下兩而均有突出塊，等間 距分布，電池框上的內框由不導電的、高度與包裹鋅電極的隔膜平齊的塑料制成， 內框外是溢流槽，內框以內用于安裝鋅空氣電池部件，支撐條上依次放置下空氣 極、隔膜、用包裹隔膜包裹的鋅電極、隔膜、上空氣極。上、下電池框的四邊分別設有四個定位孔，上、下電池框可以通過安裝在定 位孔內的螺栓固定連接。當二個或二個以上堿性鋅空氣電池模塊疊放在一起時，由于上、下電池框結構相同，電池框的上下表面分別有能夠相互契合的凹槽與凸塊，這樣疊放在一起 的電池框之間通過凹槽與凸塊配合，成為一個整體。由于上、下電池框的支撐條上設置了突出塊，突出塊用于頂壓上、下空氣極表面。突出塊之間的空間形成上、下空氣極的通風口；這樣既可使得空氣極、與 隔膜和鋅膏之間充分接觸，又可以通過突出塊之間的空間形成的通風口，保持通 暢的氧氣擴散空間。所述空氣過濾池通常由塑料注塑而成，內部設置了之字形不銹鋼濾網，之字 形不銹鋼濾網上再設置一道攔截水蒸汽的不銹鋼網，以破壞可能溢出的水膜，以 利于經過過濾的氣體輸入至殼體內參與電池反應，氣泵通常是直流泵，通常在40只電池組成的電池組中，其選用規格為24V, 氣量為10L/min, —般同時備有兩個。電池殼體頂部安裝了通風設施是小風扇，可選規格為24V， 0. 09A,直徑80mm， 用于電池使用中散熱和除去經過過濾系統的水汽對電池的不利影響。這樣的裝置設計既可以通過雙面電極的使用提高鋅空氣電池的容量，又可以 方便電池在放電結束后，更換鋅電極；而且空氣過濾系統的設計可有效地避免二 氧化碳對電池的不利影響。該電池裝置中，鋅電極被包裹隔膜包裹后平鋪在上、下空氣極中間，單電池 的組裝是將上、下電池框通過四邊的固定螺栓固定在一起，然后進行放電，放電 結束后，松開固定螺栓取下上電池框，掀開上空氣極，鋅電極的取出口即是電極 面，該取出口遠大于現有立式放置的機械插塊式鋅空氣電池裝置的取出口，從而 可方便、快速地實現鋅電極在反應結束后的更換，即便鋅電極在放電反應過程中 發生增厚扭曲變形也不會被卡住；在更換鋅電極時，由于取出鋅電極前上空氣極 已先與下電池框分離，故不會出現為了更換鋅電極導致的上空氣極受損，而下空 氣極與待更換的鋅電極之間有隔膜相隔，更換的過程也不象現有立式放置的機械 插塊式鋅空氣電池裝置那樣直接抽出鋅電極，而是用工具將鋅電極刮下，通常反 應后的鋅青結成塊狀，刮起非常方便，因此不會損傷下空氣極。這種電池結構的 好處還體現在，在空氣極的有效壽命內，下空氣極的安裝只需一次即可，每次只 要更換鋅電極后，將上空氣極蓋在鋅電極上，重新組裝好電池即可繼續放電，非 常方便。由于該電池裝置采用了空氣過濾系統，因此，空氣中的二氧化碳對電池 的不利影響可以得到有效地控制，經過二氧化碳過濾器，空氣得到凈化，避免了 電解液的*友酸化帶來的不利影響。電池殼體頂部安裝了風扇i殳備可以有助于系統 散熱并除去經過過濾系統的水汽帶來的不利影響。


、圖i是本實用新型鋅空氣電池電池框結構示意圖。圖2是本實用新型電池的結構示意圖。圖3是本實用新型電池模塊結構分解圖。圖4是本實用新型電池空氣過濾系統的結構示意圖。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
具體實施方式
參見各附圖。實施例1:本實用新型鋅空氣電池模塊，包括由集流體8敷鋅骨1構成的鋅電極，以及 上、下電池框2和3、上下隔膜4和5,上下空氣極6和7,其中，空氣極6、 7 和集流體8分別通過導線引出作為電池的正負極；其特征在于在平放的下電池 框3的上部放置下空氣極7，然后依次放置下隔膜5，用包泉隔膜9包裹的鋅電 極、上隔膜4、上空氣極5、上電池框2，電池模塊組裝后放置在電池密封殼體 10內，該殼體10外設置了空氣過濾裝置11以及配套氣泵12，殼體頂部設置了 通風設施13。所述鋅青1由電解鋅與比重為1. 3的K0H溶液和聚丙烯酸鈉按5-6: 3-4:0. 01-0.1的重量比調和成骨糊狀而成。本實施例單電池中，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 %的比例調和成骨 .糊狀，存放1天后即成鋅骨1。所述集流體8采用金屬導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、 5是隔離空氣極和鋅電極的部件，通常采用耐堿隔膜紙或尼龍 布制作，同包裹鋅電極的包裹隔膜9。所述空氣極6、 7，是采用聚四氟乙烯乳液 作粘結劑，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，輥壓在鍍鎳銅網上，在180-200。C烘箱內烘烤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. 1-0.15咖的聚四氟乙烯薄膜制成。也可參照 現有公開技術如《化學電源》(中南大學出版社，2000年，P126 - 1 33 )中所述 的方法制作。所述上、下電池框2、 3通常由塑料注塑而成，也可以是布膠板材料制成。 本實施例中采用工程塑料注塑電池框，電池框2、3的外觀尺寸為195mmx 155 mm， 高12mm;沿電池框內周邊粘貼不導電的、高度與包裹鋅電極的隔膜平齊的塑料 條16，該塑料條16將槽內空間分為兩部分，外圍空間是溢流槽17，內部空間是 鋅極槽18。圍成鋅極槽的塑料條16尺寸為厚2mm高lOmra，鋅極槽18的外形尺寸 為164ram x 124mm,內尺寸為160mm x 122mm。支撐條14的尺寸是108 mm x 4 mm x8mra，其高度的6mm伸出槽體的底部，支撐條14在電池框內每間隔15mm均勻 分布，每個支撐條上分布著直徑為4mm，厚度為lram的突出塊15，兩突出塊圓心 之間的間隔是20mm,在支撐條上下均勻分布，突出塊15壓在空氣極6、 7上既 可使得空氣極、隔膜和鋅骨充分接觸，又可以保持通暢的氧氣擴散空間。定位銷 20高llram,位于電池框的四個邊腳，定位孔19直徑7mm,高19腿，位于電池框 的四邊中間位置。將厚度為0. 1 mm的銅皮裁成154 mmx 114mm大小的矩形作為集流體8，在 包裹鋅骨的隔膜9內放置180g鋅骨1,平鋪至大小與空氣極尺寸相當，然后在 鋅青上平放集流體8，在該集流體8平鋪180g鋅骨1,然后用包裹電極將上下兩 部分鋅奮1和集流體8包裹在一起，將集流體上焊接銅導線穿過包裹隔膜的預留 位置引出框體之外，作為負極。包裹鋅青的隔膜9是十字形。上空氣極6大小為158 mmx 124mmx o. 7ram,下空氣極7大小為154腿x 114mm xO. 7腿，上下空氣極串聯作為正極，焊接銅導線并引出框體之外，上隔膜4尺 寸為167 mmx 127mmx o. 1 mm,下隔膜5尺寸為150 mmx llOmmx 0.1 mm。電池殼體根據負栽需要的電量進行設計，即能夠將需要的電池個數放置到殼 體內即可，同時殼體的頂部中間設置了圓形的通風口，通風口安裝了風扇，電池 不用的時候將通風口外蓋蓋住，避免空氣不利影響，電池使用的時候，打開外蓋， 乂兀扇即可以利用電池發電而工作，以利于通風散熱。二氧化碳過濾器是長方形的盒狀外形，殼體尺寸為260 x 45 x 220，盒蓋開有 四個孔，分別外接四根軟管，其中外側的兩根管連接兩根管徑為5mm的不銹鋼管， 伸入過濾器內200mm處，內側兩根軟管接外設的直流氣泵.該過濾器自頂蓋向下 20mm水平設置了一道200目的不銹鋼網，尺寸為255 x 40 x lmm，用于攔截水霧。 底部向上設置了 3道之字形200目的不銹鋼網，尺寸為255 x 40 ximm。不銹鋼管 穿過上迷4道不銹鋼網。過濾器內盛有高度高于之字形網20mm的工業廢堿30。 過濾器的兩根外側的軟管連接電池殼體的進風口 ，該進風口接有兩根深入電池殼 體底部的不銹鋼管，管徑為5rara,該管壁上兩側分布著若干個直徑2mm的通風孔， 經過過濾的氣體從通風孔出來均勾地給電池供應反應氣體。過濾器的頂部固定了 兩個直流氣泵，電壓為24V,耐壓30V,空栽氣量為15L/min，負栽氣量為10L/min。 然后按照以下方式進行單電池和電池組的組裝將下空氣極7放置在下電池框3的底部內，周邊通過熱封的方法固定，在下 空氣極7上平鋪下隔膜5，然后種取一定的鋅骨1，并平鋪在包裹隔膜9的中部， 然后在鋅骨1上放置集流體8，在集流體8上平鋪同樣重量的鋅骨1,用隔膜9 將上下兩層鋅骨包裹，隔膜充分潤濕，集流體8的極耳從隔膜9的預留位置穿出， 以便接線。將隔膜9包裹的秤取好鋅骨的鋅電亂故置在下隔膜5上，然后蓋上上 隔膜4以及上空氣極6,之后將上電池框2的底部支撐條14壓在上空氣極6上， 四個邊腳的定位銷20固定在下電池框3的相應位置，四邊的定位孔19相互對應， 并扣上螺絲，檸緊，此時，突出塊15將空氣電極面，隔膜面和鋅電極面緊密接 觸在一起，上下空氣極的極耳進行連接引出作為正極。單電池即可組裝完成。鋅 空氣電池制成后，放在塑料袋或電池盒內密封存;J文。將電池平放在電池殼體內，殼體頂部設有通風的風扇，將電池正負極引出的 導線與負載相連，過濾器按照前述方式安裝好，根據電池可以提供的電壓范圍選 擇直流氣泵電池就可以正常工作了。本實施例單電池的額定輸出是1V10A。需要額定輸出6V10A的電池組工作時，取上述單電池6片平疊在一起，將正 負極引出的導線按串聯的方式連接起來作為電池組，將電池組的正負極與負載相 連，過濾器按照前述方式安裝好，根據電池可以提供的電壓范圍選擇直流氣泵， 電池就可以正常工作了。需要12V20A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，再將這兩組并聯即可滿足要 求，然后將過濾器按照前述方式安裝好，根據電池可以提供的電壓范圍選擇直流 氣泵，電池就可以正常工作了。 本實用新型鋅空氣電池當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青或鋅電極使電池再工作打開上電池框2，掀開上空氣電極6 和上隔膜4，刮去鋅電極上的舊鋅膏，換上新的包裹電極，裝入新的鋅膏l,集 流體可以繼續使用；或直接更換鋅電極。按安裝步驟重新組裝成單電池后，電池 又可以繼續使用。舊鋅青放入電解槽內還原成鋅后，又可以循環使用。更換鋅電極時，打開空氣極后，鋅電極的取出口即是電極面，該取出口遠大 于現有立式放置的機械插塊式鋅空氣電池裝置的取出口，故可方便、快速地實現 鋅電極在反應結束后的更換；且由于取出鋅電極前上空氣極已先與電池框分離， 故不會出現為了更換鋅電極導致的上空氣極受損，而且鋅電極被包裹電極包住， 反應后一般成塊狀的鋅，在更換中不易損傷到下空氣極。過濾器設置在電池系統 外，不影響更換鋅電極的操作過程。
權利要求1、堿性鋅空氣電池模塊，包括有由集流體與外敷鋅膏構成的鋅電極，上、下空氣極，隔膜，上、下電池框，從空氣極和集流體上分別通過導線引出作為電池的正負極；其特征在于所述的鋅電極外用包裹隔膜包裹，鋅電極的上、下方分別放置有上、下空氣極，鋅電極與上、下空氣極均為平板形狀，上、下空氣極與鋅電極的上、下表面之間分別有隔膜進行隔離，上、下電池框分別夾持在上、下空氣極的表面，并固定連接。
2、 根據權利要求1所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于所述的上、下 電池框內有若干個支撐條，支撐條上有突出塊，突出塊用于支撐上、下空氣極的 表面。
3、 根據權利要求1所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于沿電池框上有 高度與鋅電極平齊的內框，內框外有溢流槽。
4、 根據權利要求1所述的堿性鋅空氣電池模塊，其特征在于所述的上、下 電池框結構相同，電池框的上下表面分別有能夠相互契合的凹槽與凸塊。
5、 堿性鋅空氣電池，包括有封閉的殼體，由集流體與外敷鋅骨構成的鋅電 極，上、下空氣極，隔膜，上、下電池框，從空氣極和集流體上分別通過導線引 出作為電池的正負極；其特征在于所述的鋅電極外用包裹隔膜包裹，鋅電極的.h、下方分別放置有上、下空氣極，鋅電極與上、下空氣極均為平板形狀，上、 下空氣極與鋅電極的上、下表面之間分別有隔膜進行隔離，上、下電池框分別夾 持在上、下空氣極的表面，并固定連接后水平安裝在殼體內，殼體上安裝有通風 設施，殼體外設置有封閉的空氣過濾池與氣泵，空氣過濾池內裝有吸收二氧化碳 的液體，氣泵的送氣口通入空氣過濾池的底部，空氣過濾池的頂部聯通有出氣管 送入殼體內。
6、 根據權利要求5所述的堿性鋅空氣電池，其特征在于所述的空氣過濾池 的吸收二氧化碳的液體中安裝有過濾網。
專利摘要本實用新型公開了一種堿性鋅空氣電池模塊及電池，包括夾持在上下電池框之間的上下空氣極，隔膜，鋅電極組成將電池模塊安裝到殼體內，在殼體上安裝通風設施，殼體外設置有封閉的空氣過濾池與氣泵，氣泵將經過過濾的空氣送入殼體中。這樣的裝置設計既可以通過雙面電極的使用提高鋅空氣電池的容量，又可以方便電池在放電結束后，更換鋅電極；而且空氣過濾系統的設計可有效地避免二氧化碳對電池的不利影響。
文檔編號H01M12/06GK201048156SQ20072003886
公開日2008年4月16日 申請日期2007年6月25日 優先權日2007年6月25日
發明者輝 宋, 徐獻芝, 梅 朱, 芬 李 申請人:合肥市綠新電池有限責任公司