一种VB₂空气电池的制作方法

一种VB₂空气电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及空气电池领域，公开了一种VB2空气电池，该空气电池包括正极塑料壳体(1)、气体扩散层(3)、空气电极(4)、隔膜(5)、燃料膏体(10)以及负极塑料壳体(2)；其中，所述负极塑料壳体(2)与所述正极塑料壳体(1)相互配合，形成电池壳体；所述电池壳体内部，从所述正极塑料壳体(1)到所述负极塑料壳体(2)依次平行设置有所述气体扩散层(3)、所述空气电极(4)、所述隔膜(5)和所述燃料膏体(10)。本实用新型提供的VB2空气电池，具有容量大、储存时间长等优点，并且结构简单可靠、生产工艺简单，制备过程容易控制，适合大规模工业化生产。
【专利说明】
一种VB2空气电池
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种空气电池，具体地，涉及一种VB2空气电池。
【背景技术】
[0002]VB2空气电池采用VB2燃料作为负极，空气电极作为正极，在发生电化学反应时释放出电能。VB2空气电池具有较高的能量密度，其理论体积能量密度为271^?!/1，重量比能量为5300ffh kg—1JB2空气电池的体积比能量高于汽油、氢气和锌空气燃料电池，并且高出所有的可充电电池，包括锂离子电池、金属氢化物电池和酸铅电池等。
[0003]VB2空气电池的正负极材料、电解液与隔膜都是环保且非易燃材质，电池不会有发生起火、爆炸等给人身带来安全隐患的情况，因而VB2空气电池在使用过程中具有良好的安全性。VB2空气电池的反应产物可以回收循环利用。
[0004]由于VB2空气电池具有比能量高、安全性高、价格低廉、环境友好等优点，可以作为贮备电池和便携电源使用，用于电力中断、应急救灾、野外作业等情况下的应急照明、信号电源、为小型电子设备和其它电池供电与充电使用，满足信号设备长时间工作的需要。而这些需求一般要求电池的能量密度高、体积和重量小、贮存及使用过程中自腐蚀小，可长期使用等。VB2燃料膏体作为VB2空气电池的负极，其性能的好坏将直接影响电池的放电性能和贮存性能。目前VB2气电池正负极壳体采用金属材料，在放电和贮存过程中金属壳与负极VB2燃料膏体直接接触，容易发生腐蚀反应，导致电池的放电性能和储存寿命降低。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种VB2空气电池，该VB2空气电池具有容量大、储存时间长等优点，结构简单可靠、生产工艺简单，制备过程容易控制，适合大规模工业化生产。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供一种VB2空气电池，该空气电池包括正极塑料壳体、气体扩散层、空气电极、隔膜、燃料膏体以及负极塑料壳体；
[0007]其中，所述负极塑料壳体与所述正极塑料壳体相互配合，形成电池壳体；
[0008]所述电池壳体内部，从所述正极塑料壳体到所述负极塑料壳体依次平行设置有所述气体扩散层、所述空气电极、所述隔膜和所述燃料膏体。
[0009]优选地，所述正极塑料壳体和所述负极塑料壳体均为一端开口的盒状;所述盒状的底面形状不限，优选为长方形。
[0010]优选地，所述正极塑料壳体上设有正极引出结构;所述负极塑料壳体上设有负极引出结构;所述负极塑料壳体内部连接有负极集流体;所述正极引出结构位于所述正极塑料壳体的侧面;所述负极引出结构位于所述负极塑料壳体的底面或侧面。
[0011 ]优选地，所述正极塑料壳体为丙稀腈-丁二稀-苯乙稀塑料壳体、聚丙稀塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。
[0012]优选地，所述负极塑料壳体为丙稀腈-丁二稀-苯乙稀塑料壳体、聚丙稀塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。
[0013]优选地，所述正极塑料壳体的底面设有若干透气孔;所述透气孔的总面积占所述正极塑料壳体底面面积的5-50%。
[0014]更优选地，所述透气孔为圆形，直径为0.5-10毫米，数量为3-300个。
[0015]优选地，所述空气电极厚度为0.5-2.0毫米，更优选为I毫米。
[0016]优选地，所述气体扩散层为多孔泡沫材料。
[0017]更优选地，所述气体扩散层为泡沫镍或泡沫铜。
[0018]通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0019](I)电池正负极塑料壳体避免了负极燃料膏体与金属壳直接接触造成壳体腐蚀，提高了电池的放电容量和贮存寿命。
[0020](2)在电池的正极塑料壳体上设置了较大尺寸和较多数量的气孔，保证了充足的氧气能够透过扩散层均匀地进入电池内部，提高了 VB2空气电池的大电流放电能力。
[0021](3)本实用新型提供的空气电池，结构简单可靠、生产工艺简单，制备过程容易控制，适合大规模工业化生产。
[0022]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0023]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0024]图1是本实用新型提供的一种VB2空气电池结构图。
[0025]附图标记说明
[0026]1、正极塑料壳体 2、负极塑料壳体 3、气体扩散层
[0027]4、空气电极5、隔膜6、正极引出结构
[0028]7、密封胶体8、负极集流体 9、负极引出结构
[0029]10、燃料膏体
【具体实施方式】
[0030]以下对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0031 ]本实用新型提供一种VB2空气电池，如图1所示，该空气电池包括正极塑料壳体1、气体扩散层3、空气电极4、隔膜5、燃料膏体1以及负极塑料壳体2;其中，所述负极塑料壳体2与所述正极塑料壳体I相互配合，形成电池壳体;所述电池壳体内部，从所述正极塑料壳体I到所述负极塑料壳体2依次平行设置有所述气体扩散层3、所述空气电极4、所述隔膜5和所述燃料膏体10。
[0032]根据本实用新型，正极塑料壳体和负极塑料壳体的形状没有特别的限定，可以为本领域常规的形状。优选地，所述正极塑料壳体I和所述负极塑料壳体2均为一端开口的盒状;所述盒状的底面形状不限，具体可为长方形。
[0033]更优选地，所述负极塑料壳体2的开口端通过密封胶体7与正极塑料壳体I的开口端相互密封固定。优选地，所述密封胶体7为ABS胶或环氧树脂胶。
[0034]根据本实用新型，所述正极塑料壳体I上设有正极引出结构6;所述负极塑料壳体2上设有负极引出结构9;所述负极塑料壳体2内部连接有负极集流体8。所述正极引出结构6和所述负极引出结构9均为本领域常规使用的材质和结构，具体可为导线、螺栓、螺母或电极片等。优选地，所述正极引出结构6设置于所述正极塑料壳体I的侧面;所述负极引出结构9设置于所述负极塑料壳体2的底面或侧面。
[0035]根据本实用新型，优选地，所述正极塑料壳体I为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料壳体、聚丙烯塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。也就是说，所述正极塑料壳体I通过丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或聚丙交酯(PLA)成型而成。
[0036]根据本实用新型，优选地，所述负极塑料壳体2为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料壳体、聚丙烯塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。也就是说，所述负极塑料壳体2通过丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)或聚丙交酯(PLA)成型而成。
[0037]根据本实用新型，所述正极塑料壳体I的底面设有若干透气孔，所述透气孔的形状和分布无限制，满足充足的氧气均匀进入空气电池内部即可。优选情况下，所述透气孔的总面积占所述正极塑料壳体底面的5-50%。
[0038]根据本实用新型，所述透气孔的形状为圆形，直径为0.5-10毫米，数量为3-300个，所述透气孔均匀分布在所述正极塑料壳体的底面上。透气孔的数量和尺寸可根据空气电池的设计及应用需求具体调整。
[0039]根据本实用新型，所述燃料膏体为本领域常规使用的VB2燃料膏体，其可以按照如下方法制备:
[0040](I)将VB2粉末与导电剂、粘结剂、缓蚀剂混合并分散均匀；
[0041](2)配制氢氧化钾溶液，其中氢氧化钾所占的质量分数为30-40%;
[0042](3)将(I)中VB2粉末混合物和(2)中氢氧化钾溶液混合后在真空条件下搅拌20min得到燃料膏体。
[0043]其中，所述导电剂为本领域常规的导电剂，可为石墨、乙炔黑、活性炭、炭黑、碳纳米管或石墨烯;所述粘结剂为本领域常规的粘结剂，可为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或聚乙烯醇;所述缓蚀剂为本领域常规的缓蚀剂，可为氢氧化铟、氢氧化钙、氧化铈或锡酸钠。所述VB2粉末、所述导电剂、所述粘结剂、所述缓蚀剂的重量比为100:15-50:0.5-2:0.1-0.5 ο
[0044]根据本实用新型，优选情况下，所述空气电极4的厚度为0.5-2.0毫米，优选为I毫米。
[0045]根据本实用新型，所述气体扩散层3为多孔泡沫材料。优选地，所述气体扩散层3为泡沫镍或泡沫铜。
[0046]在本发明的一个优选的实施方式中，如图1所不，VB2空气电池包括正极塑料壳体
1、气体扩散层3、空气电极4、隔膜5、燃料膏体10以及负极塑料壳体2;其中，所述负极塑料壳体2与所述正极塑料壳体I相互配合，形成电池壳体;所述正极塑料壳体I的内侧壁涂覆ABS胶，与负极塑料壳体2相互固定。
[0047]所述电池壳体内部，从所述正极塑料壳体I到所述负极塑料壳体2依次平行设置所述气体扩散层3、所述空气电极4、所述隔膜5和所述燃料膏体10。所述正极塑料壳体I和所述负极塑料壳体2均为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料壳体(ABS塑料壳体)。
[0048]所述正极塑料壳体I和所述负极塑料壳体2均为一端开口底面为长方形的盒状，所述负极塑料壳体2的底面略小于所述正极塑料壳体I。
[0049]所述正极塑料壳体I上设有正极引出结构6;所述负极塑料壳体2上设有负极引出结构9;所述负极塑料壳体2内部连接有负极集流体8。所述正极引出结构6和所述负极引出结构9均为螺柱引出。所述正极引出结构6设置于所述正极塑料壳体I的侧面;所述负极引出结构9设置于所述负极塑料壳体2的底面。
[0050]所述正极塑料壳体I的底面设有若干透气孔，所述透气孔的总面积占所述正极塑料壳体底面面积的15%。所述透气孔为圆形，直径为3毫米，数量为36个，所述透气孔均匀分布于所述正极塑料壳体的底面上。
[0051]所述燃料膏体为VB2燃料膏体。所述空气电极4的厚度为I毫米。所述气体扩散层3为泡沫镍。
[0052]通过上述结构组装成的VB2空气电池，其开路电压在1.1V左右，在标准条件下进行放电测试，电池放电容量在30Ah以上，平均放电电压约0.85V。电池使用过程中，充足的空气通过所述透气孔均匀进入空气电池，电池壳体的塑料材质避免了金属壳体的腐蚀问题，提高了电池的放电容量和贮存寿命。
[0053]综上所述，采用本实用新型提供的VB2空气电池具有容量大、储存时间长等优点，结构简单可靠、生产工艺简单、制备过程容易控制，适合大规模工业化生产。
[0054]以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种VB2空气电池，其特征在于，该空气电池包括正极塑料壳体(I)、气体扩散层(3)、空气电极(4)、隔膜(5)、燃料膏体(10)以及负极塑料壳体(2); 其中，所述负极塑料壳体(2)与所述正极塑料壳体(I)相互配合，形成电池壳体； 所述电池壳体内部，从所述正极塑料壳体(I)到所述负极塑料壳体(2)依次平行设置有所述气体扩散层(3)、所述空气电极(4)、所述隔膜(5)和所述燃料膏体(10)。2.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述正极塑料壳体(I)和所述负极塑料壳体(2)均为一端开口的盒状。3.根据权利要求2所述的空气电池，其特征在于，所述正极塑料壳体(I)上设有正极引出结构(6);所述负极塑料壳体(2)上设有负极引出结构(9);所述负极塑料壳体(2)内部连接有负极集流体(8); 所述正极引出结构(6)位于所述正极塑料壳体(I)的侧面;所述负极引出结构(9)位于所述负极塑料壳体(2)的底面或侧面。4.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述正极塑料壳体(I)为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料壳体、聚丙烯塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。5.根据权利要求1所述的空气电池，其特征在于，所述负极塑料壳体(2)为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料壳体、聚丙烯塑料壳体、聚酰胺塑料壳体或聚丙交酯塑料壳体。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的空气电池，其特征在于，所述正极塑料壳体(I)的底面设有透气孔;所述透气孔的总面积占所述正极塑料壳体底面面积的5-50%。7.根据权利要求6所述的空气电池，其特征在于，所述透气孔为圆形，直径为0.5-10毫米，数量为3-300个。8.根据权利要求1-5中任意一项所述的空气电池，其特征在于，所述空气电极厚度为0.5-2.0 晕米。9.根据权利要求1-5中任意一项所述的空气电池，其特征在于，所述气体扩散层(3)为多孔泡沫材料。10.根据权利要求9所述的空气电池，其特征在于，所述气体扩散层(3)为泡沫镍或泡沫铜。
【文档编号】H01M12/06GK205488425SQ201620043128
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月18日
【发明人】王国庆, 张鑫, 张昆
【申请人】新材料与产业技术北京研究院