圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構及其制造方法
【專利摘要】本發明所設計的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構，它包括陽極端子和電流收集體，電流收集體固定設置在陽極端子上，所述的電流收集體為薄片狀結構，成螺旋結構豎直設置，且螺旋結構的軸心與陽極端子的軸心同心。這種結構對的特點是利用薄片狀的材料卷曲成螺旋結構電流收集體，從而提高其表面積。本發明所得到的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構，創新的將陽極電流收集體替換為螺旋狀結構，使得在相同的使用環境下，電流收集體具有更高的單位質量表面積比，其表觀表面積增加顯著，在不增加陽極集電體重量和不犧牲電池能量密度的情況下，還能有效縮短電池中的陰陽兩電流收集極之間的間距，提高在高速率下的放電容量和輸出功率。
【專利說明】圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及堿性電池，特別是圓柱形鋅空氣電池中陽極電流收集體結構及其制造方法。
【背景技術】
[0002]在現有的園柱形鋅空電池專利中，均主要闡述圓柱形鋅空電池的構造、電池漏液、爬堿以及電池的密封性等問題及其解決的方法，陽極電流收集體均釆用針狀集流棒，與圓柱形鋅錳電池中的陽極電流收集體相同。在較大電流放電時，由于針狀集流棒的比表面積較小，往往會導致陽極極化較大。再加上圓柱形鋅空電池中陰陽兩極間距較大(與圓柱形鋅錳電池比較，圓柱形鋅空電池中的空氣電極較薄，鋅空電池放電時，由于電子在鋅膏傳遞的路徑較長，到達針狀集流棒需要較長時間，導致電池有較高極化，陽極活性物利用率也低。這種極化現象在較大圓柱形尺寸的鋅空電池中尤為嚴重?？梢姮F有報道和公開專利的圓柱形鋅空電池均釆用陽極針狀集流棒只能適應小電流放電。
[0003]經計算，如果空氣電極厚度在0，8毫米至1.0毫米，陽極集電體釆用堿性鋅錳電池陽極針狀集流棒(直徑為1.2-1.5毫米)，在AA尺寸圓柱形電池結構中，陽極針狀集流棒到陰極空氣電極距離是5.5毫米；而在D型圓柱形電池中，陰陽兩電流收集極的間距是15毫米。與相同尺寸鋅錳電池中的陰陽兩電流收集極間距比較大約是1.5-2倍。電池中陰陽兩極間距拉大，必將導致電池內部離子遷移或擴散路徑增加，增加電子傳遞阻力。電池內阻升高，不利于電池大電流放電。為了解決以上問題和克服這些缺陷，本專利發明設計一種新穎陽極電流收集體，以適應各種圓柱形尺寸的鋅空電池，在大電流放電時，實現鋅空電池高倍放電性能，獲得更高比功率和能量密度。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決上述技術的不足而提供適應各種圓柱形尺寸的鋅空電池，在大電流放電時，實現鋅空電池高倍放電性能，從而能獲得更高比功率和能量密度的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構及其制造方法。
[0005]為了達到上述目的，本發明所設計的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構，它包括陽極端子和電流收集體，電流收集體固定設置在陽極端子上，所述的電流收集體為薄片狀結構，成螺旋結構豎直設置，且螺旋結構的軸心與陽極端子的軸心同心。這種結構對的特點是利用薄片狀的材料卷曲成螺旋結構電流收集體，從而提高其表面積。
[0006]作為優選方案，所述的電流收集體表面都有薄銦層，從而盡量避免電流收集體與鋅膏反應而產生氫氣。
[0007]作為優選方案，所述的電流收集體為紫銅或黃銅材料，且其為拉絲多孔結構或沖孔結構或泡沫結構或無孔金屬薄片，增加比表面積，減輕重量，減少材料用量，以適應各種不同類型的電池的需要。
[0008]作為優選方案，電流收集體的高度與電池中鋅膏的高度一致，以保證電流收集體的工作效率。
[0009]本發明所設計的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構的制造方法，是首先剪裁得到長方形的薄片狀結構，其中所述的長方形包括正方形，然后在滾子的支配下輕滾制成多層圓筒結構，再經過徑向撐拉得到同軸螺旋式結構，然后將螺旋式結構內芯端部固定在陽極極耳上，所述的陽極極耳嵌入到陽極塑料密封環中并于陽極帽連接。
[0010]作為優選方案，需要配置重量比為5%_10%的硫酸銦水溶液作為鍍液，先把陽極電流收集體放入盛有乙醇的燒杯中，用超音波清潔器清潔20分鐘，取出用蒸餾水清潔3次，再放入硫酸銦鍍液I至3分鐘，取出用蒸餾水清潔、干燥，使得陽極電流收集體表面鍍上薄銦層。
[0011]本發明所得到的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構及其制造方法，創新的將陽極電流收集體替換為螺旋狀結構，完全適用于各種尺寸的電池，并且使得在相同的使用環境下，電流收集體具有更高的單位質量表面積比。螺旋式陽極結構，其表觀表面積增加顯著，在不增加陽極集電體重量和不犧牲電池能量密度的情況下，還能有效縮短電池中的陰陽兩電流收集極之間的間距，大大提高在高速率下的放電容量和輸出功率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明所得到的陽極電流收集體結構示意圖；
[0013]圖2是本發明所得到陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池和堿性鋅錳電池在室溫下100毫安恒電流放電的放電曲線；
[0014]圖3是本發明所得到陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池和堿性鋅錳電池在室溫下1000毫安恒電流放電的放電曲線。
【具體實施方式】
[0015]下面通過實施例結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0016]實施例1:
[0017]本實施例描述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構的制造方法是，取一塊厚度為0.15暈米具有網狀結構的紫銅材料1，裁剪該材料成長方形:長26暈米,寬25暈米。在不銹鋼圓柱輥子的支配下，一起輕滾制成多層的圓筒狀形狀，然后經徑向撐拉為同軸心螺旋式結構2，螺旋式結構2最內層端部3與陽極極耳4焊接，而陽極極耳4端部嵌入陽極塑料密封環中并與圓形陽極帽連接，周邊設有密封塑料環，構成AA型電池陽極電流收集體陽極帽。
[0018]根據計算該AA型螺旋式陽極集電體紫銅材料重量為0.38克，表觀表面積為26x25x2=1300毫米2，材料體積為42毫米3。如與RA6尺寸堿性鋅錳電池中的陽極針狀集流棒比較，針狀集流棒的材料重量為0.41克，于螺旋式陽極集電體重量幾乎相當。針狀集流棒材料表觀表面積為1.5x3.14x27=127毫米2，體積為0.75x0.75x3.13x27=48毫米3。
[0019]可見本發明的陽極集電體重量及體積與針狀集流棒相當，但表觀表面積幾乎大10倍。
[0020]將本發明得到的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構組裝成的AA鋅空氣電池后，其開路電壓(OCV)為1.46V。圖2和圖3所示為本發明的陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池在室溫下，較小100毫安和較大1000毫安電流密度下的放電曲線。為了與堿性鋅錳電池的電化學性能比較，圖2和圖3也給出相同尺寸的堿性鋅錳電池在兩種電流密度下的放電曲線，其中曲線a為陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池的放電曲線，曲線b為堿性鋅錳電池的放電曲線。
[0021]從圖2可見，在100毫安恒電流放電時，堿性鋅錳電池其電容量在2.4至2.5安時左右，放電曲線也較陡；而本發明的陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池的放電容量約為
5.0安時，并在1.25 V左右有一個較平坦的放電平臺。說明本發明陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池的電容量是同尺寸堿性鋅錳電池的2倍，持續放電時間比堿性鋅錳電池高出I倍，能量密度可達360瓦時每公斤，而堿性鋅錳電池能量密度為150瓦時每公斤。
[0022]由圖3可見，在較大電流1000毫安放電時，堿性鋅錳電池的放電性能顯著減弱，其電化學容量利用率明顯地降低，放電曲線也明顯的陡。而用本發明的陽極集電體構成的圓筒狀鋅空電池在相同大電流放電時，顯示出其優良的性能，其持續放電時間和電容量利用率是堿性鋅錳電池的4倍，放電曲線也較平穩，有很好的比功率和能量密度。
【權利要求】
1.一種圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構，它包括陽極端子和電流收集體，電流收集體固定設置在陽極端子上，其特征是所述的電流收集體為薄片狀結構，成螺旋結構豎直設置，且螺旋結構的軸心與陽極端子的軸心同心。
2.根據權利要求1所述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體的結構，其特征是所述的電流收集體表面鍍有薄銦層。
3.根據權利要求1所述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構，其特征是所述的電流收集體為紫銅或黃銅材料，且其為拉絲多孔結構或沖孔結構或泡沫結構或無孔金屬薄片。
4.根據權利要求1所述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構,其特征是電流收集體的高度與電池中鋅膏的高度一致。
5.如權利要求1所述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構的制造方法，是首先剪裁得到長方形的薄片狀結構，然后在滾子的支配下輕滾制成多層圓筒結構，再經過徑向撐拉得到同軸螺旋式結構，然后將螺旋式結構內芯端部固定在陽極極耳上，所述的陽極極耳嵌入到陽極塑料密封環中并于陽極帽連接。
6.根據權利要求5所述的圓柱形鋅空電池中陽極電流收集體結構的制造方法，其特征是配置重量比為5%-10%的硫酸銦水溶液作為鍍液，先把陽極電流收集體放入盛有乙醇的燒杯中，用超音波清潔器清潔20分鐘，取出用蒸餾水清潔3次，再放入硫酸銦鍍液I至3分鐘，取出用蒸餾水清潔、干燥，使得陽極電流收集體表面鍍上薄銦層。
【文檔編號】H01M12/06GK103474669SQ201310365038
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】胡偉康 申請人:胡偉康