一种铝合金电极的结构及制造方法
【专利摘要】本发明公开一种铝合金电极的结构及制造方法，包括铝合金板、铝合金板加强筋、绝缘密封体、导电集流体，在铝合金板加强筋的网格结构中设置铝合金板，绝缘密封体和导电集流体设置在由若干铝合金板组成的一整块铝合金电极的一端，导电集流体被密封在绝缘密封体内。本发明技术方案解决现有铝-空气电池中的铝合金负极在放电过程存在的变薄甚至破裂造成的电池内部短路以及反应产物聚集增加电池内阻的问题。
【专利说明】一种铝合金电极的结构及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于能源【技术领域】，特别涉及一种铝合金电极的结构及其制造方法。
【背景技术】
[0002]铝-空气电池是一种新型高比能化学电源，它以铝合金电极为负极、空气电极为正极、中性或碱性水溶液为电解液，电池运行过程中通过消耗铝合金负极和空气中的氧气对外输出电能。铝-空气电池不需充电，电池运行过程中可通过补充消耗的铝合金负极材料以维持电池持续运行，故也称为金属燃料电池。中性铝-空气电池以食盐水或海水为电解液，碱性铝-空气电池以氢氧化钠或氢氧化钾为电解液。
[0003]目前，用于铝-空气电池的铝合金负极的结构，是用螺钉或者铆钉将导电集流体固定在尺寸合适的铝合金板上。这种简单结构的铝合金负极存在的主要问题是，在铝-空气电池不断放电过程中，铝合金电极不断消耗，铝板逐渐变薄甚至破裂成几块，与空气电极接触造成短路。此外，堆积在铝合金电极上的反应产物夹杂在铝合金板与导电集流体之间，显著增加电池内阻。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，为解决现有铝-空气电池中的铝合金负极在放电过程存在的变薄甚至破裂造成的电池内部短路以及反应产物聚集增加电池内阻的问题，提出了一种新型铝合金电极的结构及其制备方法，以解决现有铝合金电极存在的上述问题。
[0005]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0006]一种铝合金电极的结构，包括铝合金板、铝合金板加强筋、绝缘密封体、导电集流体，其中:
[0007]所述铝合金板加强筋为网格结构，设置在铝合金板的外侧，环绕铝合金板设置，其不仅能固定铝合金板，同时也阻止铝合金板与空气电极接触，从而防止铝空气电池在运行或者储存或者搬运过程中，电池内部短路；
[0008]在所述铝合金板加强筋的网格结构中设置铝合金板，所述铝合金板加强筋与铝合金板之间选择固定连接在一起，或者不固定在一起；所述铝合金板的形状为方形、菱形或者圆形；
[0009]所述绝缘密封体和导电集流体设置在由若干(一个或者多个)铝合金板组成的一整块铝合金电极的一端，以保证铝合金电极产生的电流能顺利流经导电集流体输出，选择所述导电集流体紧固在铝合金板上；所述导电集流体被密封在绝缘密封体内，以保证铝一空气电池在运行或者储存或者搬运过程中，电解液或者电极反应产物不会与导电集流体接触。
[0010]所述铝合金板选择常用铝合金材料即可，由由金属铝及合金元素组成。
[0011]所述铝合金板加强筋选择电绝缘高分子材料，或者电绝缘无机非金属材料。
[0012]所述绝缘密封体选择电绝缘高分子材料,或者电绝缘无机非金属材料。
[0013]本发明的上述新型铝合金电极结构通过下述方法进行制备:
[0014]选取铝合金材料剪成电极尺寸的铝合金板，将导电集流体固定在铝合金板之上，再用绝缘密封材料将固定在铝合金板之上的导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极的绝缘密封体，最后采用铝合金板加强筋材料，以网(网格)状形式将铝合金板包裹住，形成铝合金电极结构。
[0015]将导电集流体固定在铝合金板之上的方法有:1)采用焊接的方法，将导电集流体与铝合金板焊接在一起；2)采用螺钉或者铆钉连接的方法，将导电集流体与铝合金板连接在一起；3)采用导电胶粘合的方法，将导电集流体与铝合金板粘合在一起；4)采用直接压合的方法，将导电集流体与铝合金板直接压合在一起，形成紧固连接。
[0016]将导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极绝缘密封体的方法有:1)采用注塑的方法，将导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；2)采用冷压或者热压的压合方法，将绝缘密封体材料与导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位压合到一起，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；3)采用涂覆的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；4)采用包裹的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；5)采用涂覆后加热的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成致密层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；6)采用包裹后加热的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成覆盖层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；7)采用浸泡的方法，将导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位浸入液体状的绝缘密封体材料内，之后取出，通过这样的方法使绝缘密封体材料附着在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体。
[0017]在铝合金板表面包裹铝合金板加强筋材料，形成铝合金板电极结构的方法有:1)直接用网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板，形成网状铝合金板加强筋；2)将网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板之后，再采用压合的方法使铝合金板加强筋与铝合金板成为一体，形成网状铝合金板加强筋；3)采用粘结剂将网状铝合金板加强筋粘附在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋；4)将铝合金板加强筋材料以网状形式直接涂覆在铝合金板表面或者以网状涂覆在铝合金板表面后再加热，形成网状铝合金板加强筋；5)采用注塑的方法，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋；6)采用浸泡的方法，将铝合金板浸入液体状的铝合金板加强筋材料内，之后取出，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋。
[0018]本专利提出的新型结构铝合金电极，可解决现有铝-空气电池在放电或者储存过程中存在的由于铝合金负极变薄甚至破裂造成的电池内部短路以及反应产物聚集增加电池内阻的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的新型结构铝合金电极结构示意图(I)，其中I为铝合金板，2为铝合金板加强筋，3为绝缘密封体，4为导电集流体。
[0020]图2是本发明的新型结构铝合金电极结构示意图(2)，其中I为铝合金板，2为铝合金板加强筋，3为绝缘密封体，4为导电集流体。
[0021]图3是本发明的新型结构铝合金电极结构示意图(3)，其中I为铝合金板，2为铝合金板加强筋，3为绝缘密封体，4为导电集流体。
【具体实施方式】
[0022]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0023]实施例1
[0024]一种新型铝合金电极的结构，它由铝合金板1、铝合金板加强筋2、绝缘密封体3、导电集流体4构成。
[0025]导电集流体4被紧固在铝合金板I上，以保证铝合金电极产生的电流能顺利通过导电集流体输出。紧固在铝合金板上的导电集流体4被密封在绝缘密封体3内(图1?图3)，以保证铝一空气电池在运行或者储存过程中，电极反应产物不能进入导电集流体4与铝合金板I之间。
[0026]铝合金板加强筋2位于铝合金板I的外侧，具有网格结构，如图1?3所示。
[0027]铝合金板加强筋2的作用不仅能固定铝合金板1，同时也阻止铝合金板I与空气电极接触，从而防止铝空气电池在运行或者储存过程中，电池内部短路。铝合金板加强筋2可以是任意形状的网格，包括但不局限于图1?3所示的形状。铝合金板加强筋2与铝合金板I之间可以是固定在一起的，也可以是不固定在一起的。
[0028]实施例2
[0029]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用焊接的方法将导电集流体4与铝合金板焊接到一起。再用采注塑的方法，使绝缘密封体3附着在导电集流体以及导电集流体与铝合金板的连接部位，实现密封。采用注塑的方法，将铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成铝合金板加强筋2，并将铝合金板I包裹住。
[0030]实施例3
[0031]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用螺钉或者铆钉连接的方法，将导电集流体4与铝合金板I连接在一起。采用冷压或者热压的压合方法，将绝缘密封体材料与导电集流体以及导电集流体与招合金板相连接部位压合到一起，实现密封，形成招合金电极的绝缘密封体3。直接用网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板，形成网状铝合金板加强筋2。
[0032]实施例4
[0033]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用导电胶粘合的方法，将导电集流体4与铝合金板I粘合在一起。采用涂覆的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体3。采用粘结剂将网状铝合金板加强筋粘附在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋2。
[0034]实施例5
[0035]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用直接压合的方法，将导电集流体4与铝合金板I直接压合在一起，形成紧固连接。采用包裹的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体4以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体3。将铝合金板加强筋材料以网状形式直接涂覆在铝合金板表面或者以网状涂覆在铝合金板表面后再加热，形成网状铝合金板加强筋2。
[0036]实施例6
[0037]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用焊接的方法，将导电集流体4与铝合金板I焊接在一起。采用涂覆后加热的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体4表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成致密层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体3。采用注塑的方法，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋2。
[0038]实施例7
[0039]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用螺钉或者铆钉连接的方法，将导电集流体4与铝合金板I连接在一起。将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成覆盖层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体3。采用浸泡的方法，将铝合金板浸入液体状的铝合金板加强筋材料内，之后取出，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋2。
[0040]实施例8
[0041]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用导电胶粘合的方法，将导电集流体与铝合金板粘合在一起。采用浸泡的方法，将导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位浸入液体状的绝缘密封体材料内，之后取出，通过这样的方法使绝缘密封体材料附着在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体3。将网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板之后，再采用热压或者冷压的压合方法使铝合金板加强筋与铝合金板成为一体，形成网状铝合金板加强筋2。
[0042]实施例9
[0043]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用焊接的方法，将导电集流体4与铝合金板I焊接在一起。采用包裹后加热的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成覆盖层，实现密封形成铝合金电极的绝缘密封体3。采用浸泡的方法，将铝合金板浸入液体状的铝合金板加强筋材料内，之后取出，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋2。
[0044]实施例10
[0045]采用如下方法制造本专利提出的新型铝合金电极:将冶炼好的铝合金材料裁剪成需要尺寸的铝合金板I。之后，采用螺钉或者铆钉连接的方法，将导电集流体4与铝合金板I连接在一起。采用注塑的方法，将导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，实现密封形成铝合金电极的绝缘密封体3。直接用网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板，形成网状铝合金板加强筋2。
[0046]以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种铝合金电极的结构，其特征在于，包括铝合金板、铝合金板加强筋、绝缘密封体、导电集流体，其中:所述铝合金板加强筋为网格结构，设置在铝合金板的外侧，环绕铝合金板设置，其不仅能固定铝合金板，同时也阻止铝合金板与空气电极接触，从而防止铝空气电池在运行或者储存或者搬运过程中，电池内部短路； 在所述铝合金板加强筋的网格结构中设置铝合金板； 所述绝缘密封体和导电集流体设置在由若干铝合金板组成的一整块铝合金电极的一端，以保证铝合金电极产生的电流能顺利流经导电集流体输出， 所述导电集流体被密封在绝缘密封体内，以保证铝一空气电池在运行或者储存或者搬运过程中，电解液或者电极反应产物不会与导电集流体接触。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金电极的结构，其特征在于，所述铝合金板加强筋与铝合金板之间选择固定连接在一起，或者不固定在一起。
3.根据权利要求1或者2所述的一种铝合金电极的结构，其特征在于，所述铝合金板的形状为方形、菱形或者圆形。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金电极的结构，其特征在于，所述铝合金板加强筋选择电绝缘高分子材料,或者电绝缘无机非金属材料；所述绝缘密封体选择电绝缘高分子材料，或者电绝缘无机非金属材料。
5.一种铝合金电极的结构的制备方法，其特征在于，通过下述方法进行制备: 选取铝合金材料剪成电极尺寸的铝合金板，将导电集流体固定在铝合金板之上，再用绝缘密封材料将固定在铝合金板之上的导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极的绝缘密封体，最后采用铝合金板加强筋材料，以网状形式将铝合金板包裹住，形成铝合金电极结构。
6.根据权利要求5所述的一种招合金电极的结构的制备方法,其特征在于,将导电集流体固定在铝合金板上的方法采用如下之一:1)采用焊接的方法，将导电集流体与铝合金板焊接在一起；2)采用螺钉或者铆钉连接的方法，将导电集流体与铝合金板连接在一起；3)采用导电胶粘合的方法，将导电集流体与铝合金板粘合在一起；4)采用直接压合的方法，将导电集流体与铝合金板直接压合在一起，形成紧固连接。
7.根据权利要求5所述的一种铝合金电极的结构的制备方法，其特征在于，将导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极绝缘密封体的方法采用如下之一:1)采用注塑的方法，将导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；2)采用冷压或者热压的压合方法，将绝缘密封体材料与导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位压合到一起，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；3)采用涂覆的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；4)采用包裹的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；5)采用涂覆后加热的方法，将绝缘密封体材料涂覆到导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成致密层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；6)采用包裹后加热的方法，将薄膜状绝缘密封体材料包裹在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，之后加热形成覆盖层，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体；7)采用浸泡的方法，将导电集流体表面以及导电集流体与铝合金板相连接部位浸入液体状的绝缘密封体材料内，之后取出，通过这样的方法使绝缘密封体材料附着在导电集流体以及导电集流体与铝合金板相连接部位，实现密封，形成铝合金电极的绝缘密封体。
8.根据权利要求5所述的一种铝合金电极的结构的制备方法，其特征在于，在铝合金板表面包裹铝合金板加强筋材料，形成铝合金电极的结构的方法采用如下之一:1)直接用网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板，形成网状铝合金板加强筋；2)将网状铝合金板加强筋材料包裹住铝合金板之后，再采用压合的方法使铝合金板加强筋与铝合金板成为一体，形成网状铝合金板加强筋；3)采用粘结剂将网状铝合金板加强筋粘附在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋；4)将铝合金板加强筋材料以网状形式直接涂覆在铝合金板表面或者以网状涂覆在铝合金板表面后再加热，形成网状铝合金板加强筋；5)采用注塑的方法，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋；6)采用浸泡的方法，将铝合金板浸入液体状的铝合金板加强筋材料内，之后取出，使铝合金板加强筋材料以网状形式附着在铝合金板表面，形成网状铝合金板加强筋。
【文档编号】H01M4/12GK104332587SQ201410424756
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】王旭, 张畯钦 申请人:成都深嘉机械制造有限公司