专利名称：一种液体活化锌锰纸电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种液体活化锌锰纸电池及其制备方法。
背景技术：
锌锰电池具有价廉、使用方法方便的优点，它是日常生活中经常使用的ー种电池。而纸电池是近几年发展起来的ー种新型电池，它是以纸张为载体的具有柔性薄型的特点，以色列Power paper公司生产的纸电池也是ー种由锌和MnO2构成,采用エ业标准印刷技术，将电极材料印刷在纸上，単体纸电池可达到I. 5v，这种电池的特点是成本极低，形貌和尺寸灵活，使用方便。Enfucell电池公司也研制了一种纸电池,其组成与结构跟Power paper公司的相似。纸电池目前开始用于微型电子器材，特别是作为“射频识别”(RFID)的电源，有其广阔的应用前景。锌锰电池由于液相电解质的存在，自放电是难以避免的。所以电池在存储期间其性能会下降，容量会減少。本发明人经过深入的研究采用干式真空储存，临时使用时外加液体使之活化，从而驱动电池工作。这样电池在干燥真空条件下可以长期保存而不变质。并且本发明人发现各种水、体液、饮料和废水都可以作为活化剂，因此本发明的液体活化锌锰纸电池不仅可以长期保存，而且使用非常方便。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种液体活化锌锰纸电池及其制备方法。本发明所述的液体活化锌锰纸电池是ー种叠层式电池，其结构是锌负极、吸附有电解液的纤维纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸以及碳素集流体构成的叠层式柔性纸电池。本发明所述的锌负极是厚0. Imm 0. 2mm的锌箔。本发明所述的纤维纸是快速吸水纸或滤纸。本发明所述的电解液按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=5 30 5 50 3 10的质量比配制而成。本发明所述的MnO2活性浆料是由MnO2 导电剂添加剂=80 90 10^20 0. 1-1.0的质量比配制成MnO2混合粉料，再将MnO2混合粉料加去离子水调制成MnO2活性浆料。本发明所述的MnO2是电解MnO2、活性MnO2、纤维MnO2或者纳米MnO2中的一种或者两种以上。本发明所述的导电剂是碳纳米管、炭黑或超细石墨粉中的ー种或者两种以上。本发明所述的添加剂是V2O5、沸石或者ZnO中的ー种或者两种以上。本发明所述的碳素集流体是石墨膜、炭黑膜或者碳纳米管膜。本发明所述的ー种液体活化锌锰纸电池及其制作方法，其制作步骤是
(I)电解液的配制。按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=5-30 5-50 3-10的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将纤维纸浸溃在上述电解液中，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3说1102混合粉料的配制。将MnO2、导电剂和添加剂按80-90 10-20 0. 1-1. 0
的质量比混合、球磨得到MnO2混合粉料。(4) MnO2活性浆料的配制及其涂覆，称取一定数量的MnO2混合粉料加去离子水调配成MnO2活性浆料，然后用刮涂的方法将MnO2活性浆料刮涂在 浆层纸表面，并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作。在锌箔负极表面依次叠加吸附有电解液的纤维纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和碳素集流体，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。其结构见附图。本发明所述的液体活化锌锰纸电池的优点
储存性能优异。由于电池是在干燥真空的条件下保存，因此不存在自放电现象，也就是说本发明的电池可以长期保存而不失效。柔性薄膜化。由于单体电池其电压为I. 5-1. 6V，可以为面膜、膏药等提供低电压小电流的电源，叠加组装成双体或者三体电池，其电压为3. 0-4. 5V，这样可以满足各种小型电子器件的需要。例如双体电池可以设计成一次性薄型手机或摄像机所用电池。性能优良，适用广泛。本发明的电池可以根据需要组装成低电压大电流的或者高电压小电流的多体电池，这种电池可以用于高空气象探测器的电源；由于这种液体活化剂的来源十分广泛，可以是各种水源、体液等等，因此可以长期储存在矿井坑道中用作临时应急电源或者军事通讯的特殊电源。本发明涉及的液体活化锌锰纸电池可以制作成単体、双体的纸电池，还可以根据需要将液体活化纸电池制成串联或并联的多体纸电池。
附图是本发明液体活化锌锰纸电池剖面图。其中，Ia为塑料膜、Ib为塑料膜、2为石墨片、3为涂有MnO2活性浆料的浆层纸、4为吸附有电解液的纤维纸、5为锌箔。
具体实施例方式本发明将通过以下实施例作进ー步说明。实施例I。液体活化锌锰纸单体纸电池的制作。(I)电解液的配制，按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=IO 25 3的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将滤纸浸溃在上述电解液中2-3分钟，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3) MnO2混合粉体材料的配制，按电解MnO2 :炭黑Zn0=9 I 0. I的质量比混合，并球磨配成MnO2混合粉料。(4)Mn02浆料的配制及其涂覆，将MnO2混合粉料加去离子水调配成MnO2活性浆料，然后将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面，并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作，首先将吸附有电解液的滤纸剪切成长2. 2cm宽
I.5cm的薄片，同时将涂有MnO2活性浆料的浆层纸、石墨膜和锌箔剪切成长2. 0宽I. 5cm的薄片。在Zn电极表面依次叠加吸附有电解液的滤纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和石墨薄片组装成ー个四层结构的电池，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封ロ机封装。(6)液体活化锌锰纸电池的使用方法，使用时拆开封装，井向裸露在外的干滤纸表面滴加自来水2 3滴或者将裸露在外的干滤纸浸溃在自来水中10 15秒，电池即可エ作。实施例2。液体活化锌锰单体纸电池的制作。(I)电解液的配制，按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=20 10 5的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将快速吸水纸浸溃在上述电解液中2-3分钟，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3) MnO2混合粉体材料的配制，按活性MnO2 碳纳米管V205=9 1:0. I的质量 比混合并球磨配成MnO2混合粉料。(4) MnO2活性浆料的配制及其涂覆，将MnO2混合粉料加去离子水混合调配成MnO2活性浆料，然后将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作，首先将吸附有电解液快速吸水纸剪切成长3. 2cm宽2cm的薄片，同时将涂有MnO2活性浆料的浆层纸、碳纳米管膜和锌箔剪切成长3cm宽2cm的薄片。在Zn电极表面依次叠加吸附有电解液的快速吸水纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和碳纳米管膜，组成ー个四层结构的电池，同时分别接出正负极的引线，最后用塑料膜真空封ロ机封装。(6)液体活化锌锰纸电池的使用方法，使用时拆开封装，井向裸露在外的快速吸水纸表面滴加尿液2 3滴,或将裸露在外的快速吸水纸浸溃在尿液中10 15秒，电池即可工作。实施例3。液体活化锌锰单体纸电池的制作。(I)电解液的配制，按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=20 20 5的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将滤纸浸溃在上述电解液中2-3分钟，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3)Mn02混合粉体材料的配制，按纤维MnO2 碳纳米管沸石=9 : 0. 5 : 0. I的质量比混合并球磨配成MnO2混合粉料。(4) MnO2活性浆料的配制及其涂覆，将MnO2混合粉料加去离子水混合调配成MnO2活性浆料，然后将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作，首先将吸附有电解液干滤纸剪切成长3. 2cm宽2cm的薄片，同时将涂有MnO2活性浆料的浆层纸、碳纳米管和锌箔剪切成长3cm宽2cm的薄片。在Zn电极表面依次叠加吸附有电解液的滤纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和碳纳米管膜，组成ー个四层结构的电池，同时分别接出正负极的引线，最后用塑料膜真空封ロ机封装。(6)液体活化锌锰纸电池的使用方法，使用时拆开封装，井向裸露在外的干滤纸表面滴加纯净水2 3滴，或将裸露在外的干滤纸浸溃在纯净水中10 15秒，电池即可工作。实施例4。液体活化锌锰单体纸电池的制作。(I)电解液的配制，按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=25 25 3的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将滤纸浸溃在上述电解液中2-3分钟，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3) MnO2混合粉体材料的配制，按活性MnO2 :炭黑Zn0=9 0. 5 0. I的质量比混合并球磨配成MnO2混合粉料。(4) MnO2活性浆料的配制及其涂覆，将MnO2混合粉料加去离子水混合调配成MnO2活性浆料，然后将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作，首先将吸附有电解液滤纸剪切成长3. 2cm宽2cm的薄片，同时将涂有MnO2活性浆料的浆层纸、石墨膜和锌箔剪切成长3cm宽2cm的薄片。在Zn电极表面依次叠加吸附有电解液的滤纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和石墨薄片，组成ー个四层结构的电池，同时分别接出正负极的引线，最后用塑料膜真空封ロ机封装。(6)液体活化锌锰纸电池的使用方法，使用时拆开封装，井向裸露在外的干滤纸表面滴加可乐2 3滴，或将裸露在外的干滤纸浸溃在可乐中10 15秒，电池即可工作。 实施例5。液体活化锌锰单体纸电池的制作。(I)电解液的配制，按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=20 50 5的质量比配制。(2)纤维纸的处理。将快速吸水纸浸溃在上述电解液中2-3分钟，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用。(3) MnO2混合粉体材料的配制的配制，按电解MnO2 碳纳米管Zn0=9 0. 5 0. 2的质量比混合并球磨配成MnO2混合粉料。(4) MnO2活性浆料的配制及其涂覆，将MnO2混合粉料加去离子水混合调配成MnO2活性浆料，然后将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面并在40 50摄氏度烘干备用。(5)液体活化锌锰纸电池的制作，首先将吸附有电解液快速吸水纸剪切成长3. 2cm宽2cm的薄片，同时将涂有MnO2活性浆料的浆层纸、、石墨膜和锌箔剪切成长3cm宽2cm的薄片。在Zn电极表面依次叠加吸附有电解液的快速吸水纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和石墨薄片，组成ー个四层结构的电池，同时分别接出正负极的引线，最后用塑料膜真空封ロ机封装。(6)液体活化锌锰纸电池的使用方法，使用时拆开封装，井向裸露在外的干快速吸水纸表面滴加淘米水2 3滴，或将裸露在外的干快速吸水纸浸溃在淘米水中10 15秒，电池即可工作。
权利要求
1.一种液体活化锌锰纸电池，其特征是按锌负极、吸附有电解液的纤维纸、涂有胞02活性浆料的浆层纸以及碳素集流体依次叠层式构成； 所述的电解液按ZnCl2 NH4Cl CaCl2=5 30 5 50 3 10的质量比配制而成； 所述的MnO2活性浆料是由MnO2 :导电剂添加剂=80 90 10 20 0. 1-1.0的质量比配制成MnO2混合粉料，再将MnO2混合粉料加去离子水调制成MnO2活性浆料。
2.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的锌负极是厚0.Imm 0.2mm的锌箔。
3.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的纤维纸是快速吸水纸或滤纸。
4.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的碳素集流体是石墨膜、炭黑膜或者碳纳米管膜。
5.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的配制MnO2活性浆料的MnO2是电解MnO2、活性MnO2、纤维MnO2或者纳米MnO2中的一种或者两种以上。
6.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的配制MnO2活性浆料的导电剂是碳纳米管、炭黑或超细石墨粉中的一种或者两种以上。
7.根据权利要求I所述的液体活化锌锰纸电池，其特征是所述的配制MnO2活性浆料的添加剂是V2O5、沸石或者ZnO中的一种或者两种以上。
8.权利要求书I所述的本发明所述的液体活化锌锰纸电池的制作方法，其制作步骤是 (1)电解液的配制^ZnCl2 NH4Cl CaCl2=5-30 5-50 3-10 的质量比配制； (2)纤维纸的处理将纤维纸浸溃在上述电解液中，浙掉多余的滴液，再置于40-50°C烘干备用； (3別1102混合粉料的配制将MnO2、导电剂和添加剂按80-90 10-20 0. 1-1. 0的质量比混合、球磨得到MnO2混合粉料； (4)MnO2活性浆料的配制及其涂覆称取一定数量的MnO2混合粉料加去离子水调配成MnO2活性浆料，然后用刮涂的方法将MnO2活性浆料刮涂在浆层纸表面，并在40 50摄氏度烘干备用； (5)液体活化锌锰纸电池的制作在锌箔负极表面依次叠加吸附有电解液的纤维纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和碳素集流体，同时接出正负极引线，最后用塑料膜真空封装。
全文摘要
一种液体活化锌锰纸电池及其制备方法，按锌负极、吸附有电解液的纤维纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸以及碳素集流体依次叠层式构成；按ZnCl2∶NH4Cl∶CaCl2=5-30∶5-50∶3-10的质量比配制电解液；将纤维纸浸渍在电解液中，40-50℃烘干备用；先将MnO2、导电剂和添加剂按80-90∶10-20∶0.1-1.0的质量比混合、球磨得到MnO2混合粉料；将MnO2混合粉料加去离子水调配成MnO2活性浆料，然后刮涂在浆层纸表面，40～50摄氏度烘干备用；在锌箔负极表面依次叠加吸附有电解液的纤维纸、涂有MnO2活性浆料的浆层纸和碳素集流体，接出正负极引线，塑料膜真空封装。本发明储存性能优异，长期保存而不失效，其单体电池电压可达1.5-1.6V。
文档编号H01M6/06GK102760891SQ20121020899
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者傅敏恭, 吁霁, 姚军, 孙晓刚, 彭清林, 曹宏辉, 黎先财 申请人:南昌大学