圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构及其制造方法
【专利摘要】本发明所设计的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构，它包括阳极端子和电流收集体，电流收集体固定设置在阳极端子上，所述的电流收集体为薄片状结构，成螺旋结构竖直设置，且螺旋结构的轴心与阳极端子的轴心同心。这种结构对的特点是利用薄片状的材料卷曲成螺旋结构电流收集体，从而提高其表面积。本发明所得到的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构，创新的将阳极电流收集体替换为螺旋状结构，使得在相同的使用环境下，电流收集体具有更高的单位质量表面积比，其表观表面积增加显著，在不增加阳极集电体重量和不牺牲电池能量密度的情况下，还能有效缩短电池中的阴阳两电流收集极之间的间距，提高在高速率下的放电容量和输出功率。
【专利说明】圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及碱性电池，特别是圆柱形锌空气电池中阳极电流收集体结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在现有的园柱形锌空电池专利中，均主要阐述圆柱形锌空电池的构造、电池漏液、爬碱以及电池的密封性等问题及其解决的方法，阳极电流收集体均釆用针状集流棒，与圆柱形锌锰电池中的阳极电流收集体相同。在较大电流放电时，由于针状集流棒的比表面积较小，往往会导致阳极极化较大。再加上圆柱形锌空电池中阴阳两极间距较大(与圆柱形锌锰电池比较，圆柱形锌空电池中的空气电极较薄，锌空电池放电时，由于电子在锌膏传递的路径较长，到达针状集流棒需要较长时间，导致电池有较高极化，阳极活性物利用率也低。这种极化现象在较大圆柱形尺寸的锌空电池中尤为严重。可见现有报道和公开专利的圆柱形锌空电池均釆用阳极针状集流棒只能适应小电流放电。
[0003]经计算，如果空气电极厚度在0，8毫米至1.0毫米，阳极集电体釆用碱性锌锰电池阳极针状集流棒(直径为1.2-1.5毫米)，在AA尺寸圆柱形电池结构中，阳极针状集流棒到阴极空气电极距离是5.5毫米；而在D型圆柱形电池中，阴阳两电流收集极的间距是15毫米。与相同尺寸锌锰电池中的阴阳两电流收集极间距比较大约是1.5-2倍。电池中阴阳两极间距拉大，必将导致电池内部离子迁移或扩散路径增加，增加电子传递阻力。电池内阻升高，不利于电池大电流放电。为了解决以上问题和克服这些缺陷，本专利发明设计一种新颖阳极电流收集体，以适应各种圆柱形尺寸的锌空电池，在大电流放电时，实现锌空电池高倍放电性能，获得更高比功率和能量密度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供适应各种圆柱形尺寸的锌空电池，在大电流放电时，实现锌空电池高倍放电性能，从而能获得更高比功率和能量密度的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构及其制造方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明所设计的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构，它包括阳极端子和电流收集体，电流收集体固定设置在阳极端子上，所述的电流收集体为薄片状结构，成螺旋结构竖直设置，且螺旋结构的轴心与阳极端子的轴心同心。这种结构对的特点是利用薄片状的材料卷曲成螺旋结构电流收集体，从而提高其表面积。
[0006]作为优选方案，所述的电流收集体表面都有薄铟层，从而尽量避免电流收集体与锌膏反应而产生氢气。
[0007]作为优选方案，所述的电流收集体为紫铜或黄铜材料，且其为拉丝多孔结构或冲孔结构或泡沫结构或无孔金属薄片，增加比表面积，减轻重量，减少材料用量，以适应各种不同类型的电池的需要。
[0008]作为优选方案，电流收集体的高度与电池中锌膏的高度一致，以保证电流收集体的工作效率。
[0009]本发明所设计的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构的制造方法，是首先剪裁得到长方形的薄片状结构，其中所述的长方形包括正方形，然后在滚子的支配下轻滚制成多层圆筒结构，再经过径向撑拉得到同轴螺旋式结构，然后将螺旋式结构内芯端部固定在阳极极耳上，所述的阳极极耳嵌入到阳极塑料密封环中并于阳极帽连接。
[0010]作为优选方案，需要配置重量比为5%_10%的硫酸铟水溶液作为镀液，先把阳极电流收集体放入盛有乙醇的烧杯中，用超音波清洁器清洁20分钟，取出用蒸馏水清洁3次，再放入硫酸铟镀液I至3分钟，取出用蒸馏水清洁、干燥，使得阳极电流收集体表面镀上薄铟层。
[0011]本发明所得到的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构及其制造方法，创新的将阳极电流收集体替换为螺旋状结构，完全适用于各种尺寸的电池，并且使得在相同的使用环境下，电流收集体具有更高的单位质量表面积比。螺旋式阳极结构，其表观表面积增加显著，在不增加阳极集电体重量和不牺牲电池能量密度的情况下，还能有效缩短电池中的阴阳两电流收集极之间的间距，大大提高在高速率下的放电容量和输出功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明所得到的阳极电流收集体结构示意图；
[0013]图2是本发明所得到阳极集电体构成的圆筒状锌空电池和碱性锌锰电池在室温下100毫安恒电流放电的放电曲线；
[0014]图3是本发明所得到阳极集电体构成的圆筒状锌空电池和碱性锌锰电池在室温下1000毫安恒电流放电的放电曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
[0016]实施例1:
[0017]本实施例描述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构的制造方法是，取一块厚度为0.15晕米具有网状结构的紫铜材料1，裁剪该材料成长方形:长26晕米,宽25晕米。在不锈钢圆柱辊子的支配下，一起轻滚制成多层的圆筒状形状，然后经径向撑拉为同轴心螺旋式结构2，螺旋式结构2最内层端部3与阳极极耳4焊接，而阳极极耳4端部嵌入阳极塑料密封环中并与圆形阳极帽连接，周边设有密封塑料环，构成AA型电池阳极电流收集体阳极帽。
[0018]根据计算该AA型螺旋式阳极集电体紫铜材料重量为0.38克，表观表面积为26x25x2=1300毫米2，材料体积为42毫米3。如与RA6尺寸碱性锌锰电池中的阳极针状集流棒比较，针状集流棒的材料重量为0.41克，于螺旋式阳极集电体重量几乎相当。针状集流棒材料表观表面积为1.5x3.14x27=127毫米2，体积为0.75x0.75x3.13x27=48毫米3。
[0019]可见本发明的阳极集电体重量及体积与针状集流棒相当，但表观表面积几乎大10倍。
[0020]将本发明得到的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构组装成的AA锌空气电池后，其开路电压(OCV)为1.46V。图2和图3所示为本发明的阳极集电体构成的圆筒状锌空电池在室温下，较小100毫安和较大1000毫安电流密度下的放电曲线。为了与碱性锌锰电池的电化学性能比较，图2和图3也给出相同尺寸的碱性锌锰电池在两种电流密度下的放电曲线，其中曲线a为阳极集电体构成的圆筒状锌空电池的放电曲线，曲线b为碱性锌锰电池的放电曲线。
[0021]从图2可见，在100毫安恒电流放电时，碱性锌锰电池其电容量在2.4至2.5安时左右，放电曲线也较陡；而本发明的阳极集电体构成的圆筒状锌空电池的放电容量约为
5.0安时，并在1.25 V左右有一个较平坦的放电平台。说明本发明阳极集电体构成的圆筒状锌空电池的电容量是同尺寸碱性锌锰电池的2倍，持续放电时间比碱性锌锰电池高出I倍，能量密度可达360瓦时每公斤，而碱性锌锰电池能量密度为150瓦时每公斤。
[0022]由图3可见，在较大电流1000毫安放电时，碱性锌锰电池的放电性能显著减弱，其电化学容量利用率明显地降低，放电曲线也明显的陡。而用本发明的阳极集电体构成的圆筒状锌空电池在相同大电流放电时，显示出其优良的性能，其持续放电时间和电容量利用率是碱性锌锰电池的4倍，放电曲线也较平稳，有很好的比功率和能量密度。
【权利要求】
1.一种圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构，它包括阳极端子和电流收集体，电流收集体固定设置在阳极端子上，其特征是所述的电流收集体为薄片状结构，成螺旋结构竖直设置，且螺旋结构的轴心与阳极端子的轴心同心。
2.根据权利要求1所述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体的结构，其特征是所述的电流收集体表面镀有薄铟层。
3.根据权利要求1所述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构，其特征是所述的电流收集体为紫铜或黄铜材料，且其为拉丝多孔结构或冲孔结构或泡沫结构或无孔金属薄片。
4.根据权利要求1所述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构,其特征是电流收集体的高度与电池中锌膏的高度一致。
5.如权利要求1所述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构的制造方法，是首先剪裁得到长方形的薄片状结构，然后在滚子的支配下轻滚制成多层圆筒结构，再经过径向撑拉得到同轴螺旋式结构，然后将螺旋式结构内芯端部固定在阳极极耳上，所述的阳极极耳嵌入到阳极塑料密封环中并于阳极帽连接。
6.根据权利要求5所述的圆柱形锌空电池中阳极电流收集体结构的制造方法，其特征是配置重量比为5%-10%的硫酸铟水溶液作为镀液，先把阳极电流收集体放入盛有乙醇的烧杯中，用超音波清洁器清洁20分钟，取出用蒸馏水清洁3次，再放入硫酸铟镀液I至3分钟，取出用蒸馏水清洁、干燥，使得阳极电流收集体表面镀上薄铟层。
【文档编号】H01M12/06GK103474669SQ201310365038
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】胡伟康 申请人:胡伟康