專利名稱：一種可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋅鎳電池結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鋅鎳二次電池具有比能量高(達到60-85^1 4 )，比功率大(達到 200-25(^1 4),開路電壓高(1.75V)，工作溫度適用范圍大(-20-60°C)，可大電流充放電等特點，原材料來源廣泛，資源豐富，生產(chǎn)工藝成熟，成本低，生產(chǎn)使用、回收均能達到環(huán)境保護標準，生產(chǎn)動力電池和風(fēng)能、太陽能儲能電池具有廣泛的應(yīng)用前景。但是鋅電極生長晶枝，電極變形問題，嚴重制約鋅鎳電池的商品化進程。制作循環(huán)壽命長的新型鋅鎳電池，成為化學(xué)儲能電池的迫切任務(wù)。為此人們研發(fā)了液流電池，如全釩液流電池，正極反應(yīng)時V5+ 和V4+之間的氧化還原，負極反應(yīng)時V2+和V3+之間的氧化還原。正負極之間的活性物質(zhì)均溶解于溶液中，正負極之間氧化還原反應(yīng)發(fā)生在惰性集流體上(如石墨氈)，正負極之間用離子交換膜隔開，避免正負極電解液在電池內(nèi)混合。其技術(shù)核心是進行氧化還原反應(yīng)的活性物質(zhì)，都在電解液中，電池電極只是作為反應(yīng)的場所，而儲存活性物質(zhì)由罐體承擔(dān)。由于液流電池電流密度不均勻，極耳附近腐蝕較明顯，影響了電池的使用壽命，另外，電池在過充時，容易泄漏電解液，從而使電池早衰。當(dāng)對電池施行廢物利用，拆卸分開時，必須破壞殼體，沒有做到物盡其用。液流電池的功率與容量是分離的，壽命雖然長，但電池占用空間大，電解液還需進行不斷地補充和更換，這是液流電池的主要特點。如全釩液流電池 (US006764789)，半液流專利(CN101127393A)采用液泵儲液罐等裝置制備一種鋅鎳液流電池，又如專利200810031488. 9，做成靜態(tài)單液流電池，勿需泵和儲液罐負極鋅鹽溶解并儲存在電解液中，充放電時，鋅鹽和鋅在電解液和集流體之間轉(zhuǎn)換。但是他們都不可能更換極板和電解液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服現(xiàn)有鋅鎳二次電池存在的上述缺陷而提供一種比能量大，原材料來源廣泛，生產(chǎn)成本低、電池使用壽命長，便于更換正負極極板、更換電解液， 并能夠?qū)O板回收利用、不污染環(huán)境的便于更換正負極極板與電解液的平板式二次鋅鎳電池。本發(fā)明的的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，包括正、負電極、電解質(zhì)和殼體，其特征在于，本發(fā)明將負極設(shè)置為由金屬板或金屬支架附著負極活性物質(zhì)的板式結(jié)構(gòu)， 負極活性物質(zhì)包覆住金屬板或金屬支架或者位于在與正極板的接觸面；正極設(shè)置為含鎳材料或泡沫鎳集流體與氫氧化鎳活性物質(zhì)組成的板式結(jié)構(gòu)，在正極板上采用聚丙烯透離子隔膜包覆；電解質(zhì)位于正、負電極板之間；在每一單體電池殼體上、下各開設(shè)有一閥門。本發(fā)明將每個單體電池的殼體設(shè)置為由兩個盒體相對扣接而成，盒體材料為絕緣體；將負極的集流體設(shè)置為負極活性物質(zhì)包覆三維銅帶，電解質(zhì)采用凝膠狀包覆住負極板或位于正、負極板接觸面之間；正、負極導(dǎo)電極柱的外接端從盒體上的開孔伸出，內(nèi)接端分別與盒體內(nèi)的正、負極板的極耳連接。本發(fā)明將電解質(zhì)設(shè)置為液體。本發(fā)明將電解質(zhì)設(shè)置為在塊狀的導(dǎo)電氈類物上浸潤電解液。本發(fā)明將盒體設(shè)置為一框架，正、負極板采用機械連接方式相對應(yīng)連接在框架上； 直接將正、負極板位于框架的兩側(cè)的外露面作為正、負電極。本發(fā)明可將兩個以上電池正、負極連接重疊，形成似雙極性電池的電池堆。本發(fā)明將正、負極的板厚度與極間距離設(shè)置為相同。本發(fā)明在泄氣閥內(nèi)設(shè)置有憎水泡沫體。本發(fā)明在兩盒體的扣接處各設(shè)置一凸塊靠連接，并在靠連接的兩凸塊的接縫上環(huán)整個單體電池的殼體設(shè)有環(huán)箍帶。本發(fā)明的優(yōu)點是，電池具有加工成本低，電池正、負極板可更換、更換操作方便，電池使用壽命長，能夠綜合一次電池和二次電池的性能的優(yōu)點。本發(fā)明適用于更換電池的方式為電動車輛能量補給方式的應(yīng)用場合。本發(fā)明組裝的電池，不因某一部件偶然損壞而整體報廢，屬正常報廢的電池也大都因為正極變質(zhì)疏松的結(jié)果，更換正極后又可繼續(xù)使用。本發(fā)明電池也避免了雙極性極板易于腐蝕短路而損壞的問題，但本發(fā)明也可組成似雙極性電池組結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合附圖及實施例進一步闡述本發(fā)明內(nèi)容。


圖1為本發(fā)明帶導(dǎo)電極柱結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明直接將盒體側(cè)面作為正、負極的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例一見圖1，一種可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，包括殼體和位于殼體內(nèi)的正、負極電解質(zhì)，本發(fā)明特征在于，將每個單體電池的殼體設(shè)置為兩個盒體1、 2相對扣接而成；并將負極3設(shè)置為由金屬支架附著負極活性物質(zhì)的板式結(jié)構(gòu)，本實施例將負極的集流體設(shè)置為三維銅帶，負極的電解質(zhì)5設(shè)置為凝膠狀位于與正極板的接觸面；正極6電解質(zhì)設(shè)置為泡沫鎳集流體4的板式結(jié)構(gòu)；正極6采用聚丙烯透離子隔膜16包覆；在每一單體電池殼體上下各開設(shè)有一閥門9。在閥門內(nèi)設(shè)置有憎水泡沫體13收住液體。本發(fā)明技術(shù)方案還可將電解質(zhì)5直接設(shè)置為電解液或者在塊狀的導(dǎo)電氈類物上浸潤電解液。圖1中，本發(fā)明將盒體材料設(shè)置為塑料，將正、負極導(dǎo)電極柱7、8的外接端從盒體上的開孔伸出，內(nèi)接端分別與設(shè)置在盒體內(nèi)正、負極的極耳連接。盒體材料用塑料，在兩盒體的相對扣接處采用凸塊10和11靠接，并在接縫口內(nèi)墊有橡膠墊12防漏液。在兩盒體凸塊10和11組成的凸塊上，環(huán)整個殼體的接縫14采用專門的緊固工具封有環(huán)箍帶15，以防止盒扣脫開。實施例二見圖2，本發(fā)明實施例還可將盒體設(shè)置為一框架17，正、負極板采用機械連接方式相對應(yīng)連接在框架上，如圖中在上下兩端采用沉頭螺釘18連接；本實施例直接將正、負極板位于框架的兩側(cè)的外露面作為正、負電極。這種結(jié)構(gòu)可以將若干個單體電池重疊在一起，形成似有雙極性電池性能的電池結(jié)構(gòu)。圖中3a為鋅金屬板，北為負極活性物質(zhì)； 6a為正極鎳板，6b為正極活性物質(zhì)。盒體框架材料設(shè)置為非導(dǎo)體，在框架與正、負極板的靠接處設(shè)置有橡膠絕緣墊12，(圖中箭頭為正、負極的極流方向)，將正、負極引接后便形成電流。這樣可將若干個單體電池水平重疊起來成為雙極性能的電池組。在每一單體電池殼體上下各開設(shè)有一閥門9，電解質(zhì)5設(shè)置為凝膠狀物質(zhì)。本發(fā)明實施例可將正、負極的板厚度與極間距離設(shè)置相同。
本發(fā)明電池負極集流體為經(jīng)鍍錫處理的三維穿孔黃銅帶，負極活性物質(zhì)為氧化鋅、鋅粉、導(dǎo)電碳黑、CMC、PTFE、HPMC、PVA等粘結(jié)劑，制漿軋制，壓合在集流體上，烘干后浸沒在凝膠電解質(zhì)中。凝膠電解質(zhì)為鋅鹽、K0H、Li0H、Na0H凝膠制成。凝膠具有耐堿性和有較好的導(dǎo)電性。電池正極集流體為泡沫鎳，將羥基鎳、氧化鎳、氧化亞鈷、耐高溫耐氧化導(dǎo)電碳黑， 加上PTFE、HPMC、PVA等粘結(jié)劑，制成漿料，涂在泡沫鎳上，烘干壓片制成正極片，包裹聚丙烯接枝隔膜，作為待裝配或更換用的正極片使用。正極片應(yīng)封裝在塑料袋中待用。單元電池可以水平或側(cè)向疊加成所需電壓的電池組。由于正負極片是對稱安裝， 導(dǎo)電極柱分別由電池盒的兩端出線，使正負極片各部分的電流密度均勻，而且電池組的連線方便。本發(fā)明的工作原理是鎳電極是正極，氧化鋅和鋅活性物是負極。電解液是凝膠狀物質(zhì)，其中有鋅鹽、KOH、NaOH, LiOH, H2O耐堿凝膠劑組成的膠體電解質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，包括正、負電極、電解質(zhì)和殼體， 其特征在于，將負極設(shè)置為由金屬板或金屬支架集流體附著負極活性物質(zhì)的板式結(jié)構(gòu)；正極設(shè)置為含鎳材料或泡沫鎳集流體與氫氧化鎳活性物質(zhì)組成的板式結(jié)構(gòu)，在正極板上采用聚丙烯透離子隔膜包覆；電解質(zhì)位于正、負電極板之間；在每一單體電池殼體上、下各開設(shè)有一閥門。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，其特征在于，將每個單體電池的殼體設(shè)置為由兩個盒體相對扣接而成，盒體材料為絕緣體；將負極的集流體設(shè)置為負極活性物質(zhì)包覆三維銅帶，電解質(zhì)采用凝膠狀包覆住負極板或位于正、負極板接觸面之間；正、負極導(dǎo)電極柱的外接端從盒體上的開孔伸出，內(nèi)接端分別與盒體內(nèi)的正、負極板的極耳連接。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式的鋅鎳二次電池，其特征在于，將電解質(zhì)設(shè)置為液體。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式的鋅鎳二次電池，其特征在于，將電解質(zhì)設(shè)置為在塊狀的導(dǎo)電氈類物上浸潤電解液。
5.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式的鋅鎳二次電池，其特征在于，將盒體設(shè)置為一框架，正、負極板采用機械連接方式相對應(yīng)連接在框架上；直接將正、負極板位于框架的兩側(cè)的外露面作為正、負電極。
6.根據(jù)權(quán)利1或5所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式的鋅鎳二次電池，其特征在于， 可將兩個以上電池正、負極連接重疊，形成似雙極性電池的電池堆。
7.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式的鋅鎳二次電池，其特征在于，將正、負極的板厚度與極間距離設(shè)置為相同。
8.根據(jù)權(quán)利1所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，其特征在于，在泄氣閥內(nèi)設(shè)置有憎水泡沫體。
9.根據(jù)權(quán)利1或2所述的可更換極板與電解質(zhì)的平板式鋅鎳二次電池，其特征在于，在兩盒體的扣接處各設(shè)置一凸塊靠連接，并在靠連接的兩凸塊的接縫上環(huán)整個單體電池的殼體設(shè)有環(huán)箍帶。
全文摘要
一種可更換極板的平板式二次鋅鎳電池，本發(fā)明將負極設(shè)置為由金屬板或金屬支架附著負極活性物質(zhì)的板式結(jié)構(gòu)，負極活性物質(zhì)包覆住金屬板或金屬支架或者位于在與正極板的接觸面；正極設(shè)置為泡沫鎳集流體與氫氧化鎳活性物質(zhì)組成的板式結(jié)構(gòu),在正極板上采用聚丙烯透離子隔膜包覆；電解質(zhì)位于正、負電極板之間；在每一單體電池殼體上、下各開設(shè)有一壓液閥。本發(fā)明具有比能量大，原材料來源廣泛，生產(chǎn)成本低、電池使用壽命長，便于更換正負極極板、并能夠回收極板、不污染環(huán)境的顯著優(yōu)點。
文檔編號H01M10/30GK102208694SQ20111012495
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者盧國驥, 曾崇泗, 李中揆, 王勛業(yè) 申請人:盧國驥, 周亞平