鋅空氣電池及電池組的制作方法

本發明涉及新能源電池技術領域，特別是涉及一種鋅空氣電池及電池組。

背景技術：

空氣電池是以空氣中的氧氣作為正極活性物質，金屬作為負極活性物質，在催化劑的催化作用下發生化學反應而產生電能的化學電源。其中，鋅空氣電池的性能最好，并且還具有成本低、放電電壓平穩以及環保等優點，因而被廣泛應用于各種便攜式移動電源，深受用戶的喜愛。

目前，空氣電池的主要結構是將負極金屬鋅與電解質融合在一起，要求密封性好，成本高，再或者在空氣電池的殼體表面設置有透氣孔，進入的空氣有限，使得空氣電池反應效率低，該結構容易導致電解液或者水滲透，存在安全隱患。

技術實現要素：

本發明提供一種鋅空氣電池及電池組，以解決現有技術中鋅空氣電池的結構要求密封性好，成本高，或者反應效率低，容易出現安全事故的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種鋅空氣電池，所述鋅空氣電池包括第一殼體、第二殼體以及電池主體；其中，

所述第一殼體設有空腔，用于容納所述電池主體；所述第二殼體與所述第一殼體密封連接，用于密封所述電池主體；

所述第一殼體的至少一側面設有開口部，所述開口部設有氣體分子通過水分子不能通過的半透膜。

根據本發明一實施例，所述半透膜的面積范圍為所述第一殼體的所述至少一側面面積的20％～80％。

根據本發明一實施例，所述第一殼體的所述空腔的容積范圍為100ml～1000ml。

根據本發明一實施例，所述電池主體包括鋅電池主體、鋅負極以及透氣膜，所述鋅電池主體與所述鋅負極連接，所述透氣膜包裹著所述鋅電池主體和所述鋅負極。

根據本發明一實施例，所述鋅電池主體為粉末狀鋅粒。

根據本發明一實施例，所述鋅負極為金屬材料。

根據本發明一實施例，所述鋅負極為不銹鋼，所述鋅負極包括第一負極引腳和第二負極引腳，所述第一負極引腳和所述第二負極引腳自所述第一殼體伸出。

根據本發明一實施例，進一步包括第一正極引腳和第二正極引腳，所述第一正極引腳與所述第二正極引腳設置在朝向所述半透膜的側面；

進一步包括固定裝置，所述固定裝置包括凹固定裝置和凸固定裝置，所述凹固定裝置與所述凸固定裝置分別設置在所述第一殼體的兩側面。

根據本發明一實施例，進一步包括電解質，所述電解質添加至所述第一殼體內，以使得所述鋅空氣電池進行工作。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種鋅空氣電池組，包括至少兩個如上述所述的鋅空氣電池。

本發明的有益效果是：區別于現有技術的情況，本發明提供的鋅空氣電池由于設有半透膜，半透膜能夠通過氣體分子而阻擋水分子，從而阻擋第一殼體中的水滲出來或者空氣中的水分子進入第一殼體，提高鋅空氣電池的安全性能，提升品質；該鋅空氣電池的結構簡單、便于安裝且使用方便。

本發明提供的鋅空氣電池組在結構上配合阻水透氣的半透膜，相對目前其他類似金屬粉末電池，具有如下特點：反應效率高；可以提供長時間的、穩定的電壓電流；無毒無害的環保材料；材料可以重復利用上千次、降低成本；用途廣泛等。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，其中：

圖1是本發明提供的鋅空氣電池第一實施例的結構示意圖；

圖2是本發明提第一實施例的剖面結構示意圖；

圖3是本發明提第一實施例電池主體的結構示意圖；

圖4是本發明提供的鋅空氣電池第二實施例的結構示意圖；

圖5是本發明第二實施例的左側面結構示意圖；

圖6是本發明提供的鋅空氣電池第三實施例的結構示意圖；

圖7是本發明提供的鋅空氣電池組一實施例的結構示意圖。

具體實施方式

請一并參閱圖1至圖3，圖1是本發明提供的鋅空氣電池第一實施例的結構示意圖，圖2是本發明提第一實施例的剖面結構示意圖，圖3是本發明提第一實施例電池主體的結構示意圖。

如圖1所示，該鋅空氣電池100包括第一殼體120、第二殼體140以及電池主體160。其中，第一殼體120設有空腔121，用于容納電池主體160；第二殼體140與第一殼體120密封連接，用于密封電池主體160；第一殼體120的至少一側面設有開口部122，開口部124設有氣體分子通過水分子不能通過的半透膜124。具體的，第一殼體120中添加電解質進行化學反應時，如果液體滲出，容易發生觸電事故，半透膜124用于阻擋第一殼體120的水分子滲透出來，從而提高鋅空氣電池100的安全性；再者，半透膜124還可以用于阻擋空氣中的水分子進入第一殼體120，在鋅空氣電池100未添加電解質時，需要避免水分子與電池主體160發生化學反應，減少電池主體160的損耗，進而保護電池主體160。

本發明提供的鋅空氣電池100由于設有半透膜124，半透膜124能夠通過氣體分子而阻擋水分子，從而阻擋第一殼體120中的水滲出來或者空氣中的水分子進入第一殼體120，提高鋅空氣電池100的安全性能，提升品質；該鋅空氣電池100的結構簡單、便于安裝且使用方便。

如圖2所示，為了方便理解，以鋅空氣電池100的剖面結構示意圖為示例說明。在本實施例中，鋅空氣電池100的橫截面剖面形狀為長方形，在其他實施例中，鋅空氣電池100的橫截面形狀還可以為圓形、橢圓形、跑道形、或者多邊形的任意一種，其中，多邊形包括三角形、四邊形、五邊形、六邊形、八邊形等等，為了視覺美觀效果，一般情況下，多邊形為正多邊形，但并不排除等腰三角形、梯形等常用形狀。第一殼體120和第二殼體140是耐腐蝕材料，且是耐強酸強堿的耐腐蝕材料，第一殼體120和第二殼體140可以分離結構，通過卡扣扣合、螺紋旋接或者蓋合起來，第一殼體120和第二殼體140也可以是本分離結構，通過旋接扣合起來，起到密封作用即可，并不需要做特別高要求的密封效果，節約成本。

第一殼體120的空腔121的容積范圍為100ml～1000ml；進一步的，第一殼體120的空腔121的容積范圍為300ml～7000ml；更進一步的，第一殼體120的空腔121的容積范圍為400ml～500ml。其中，電池主體160占據第一殼體120的空腔121的容積比例為20％～70％；進一步的，電池主體160占據第一殼體120的空腔121的容積比例為30％～60％；更進一步的，電池主體160占據第一殼體120的空腔121的容積比例為40％～50％。

半透膜124是一種只給某種分子或離子擴散進出的薄膜，對不同粒子的通過具有選擇性的薄膜，或者是一種只允許離子和小分子自由通過的膜結構。本實施例中，半透膜124是能夠允許空氣中的氧氣通過，而空氣中的水分子或者其他水分子不能通過的半透膜，保持干燥環境，能夠避免電池主體160不被水氧化或者提前消耗掉，從而對電池主體160起到保護作用；當第一殼體120中添加電解質進行化學反應時，避免液體滲出，從而避免發生觸電事故，提高鋅空氣電池100的安全性。半透膜124的面積范圍為第一殼體120的至少一側面面積的20％～80％，更進一步的，半透膜124的面積范圍為第一殼體120的至少一側面面積的30％～70％，更進一步的，半透膜124的面積范圍為第一殼體120的至少一側面面積的40％～60％；本實施例中，半透膜124只設置在第一殼體120的一個側面，且占據側面面積的50％左右，在其他實施例中，半透膜124可以設置在第一殼體120的兩個側面、三個側面、多個側面甚至每個側面，當半透膜124設置在第一殼體120的多個側面時，其中半透膜124的成本較高，半透膜124的面積范圍可以為第一殼體120的多個側面面積的20％左右，可以節約成本。

其中，開口部122上還可以設有多個子開口123，多個子開口123不僅能將半透膜124穩定固定，且不影響空氣的流通。開口部122的形狀包括但不限于正方形、矩形、圓形、正六邊形，子開口123的形狀包括但不限于正方形、矩形、圓形、正六邊形，還可以為水果型、花朵型、或者雪花型，亦或者是公司LOGE利于宣傳等等。

如圖3所示，電池主體160包括鋅電池主體162、鋅負極164以及透氣膜166，鋅電池主體162與鋅負極164連接，透氣膜166包裹著鋅電池主體162和鋅負極164；其中，鋅電池主體165為粉末狀鋅粒，具體還可以為鋅、鋁、釩等金屬合金粉末，鋅負極162為金屬材料，用于電氣連接。具體的，鋅負極162為不銹鋼，尤其為耐蝕剛。不銹鋼是指能耐空氣、水、酸、堿、鹽及其溶液和其他腐蝕介質腐蝕的具有高強度化學穩定性的合金鋼的總稱，耐蝕剛是指在各種強腐蝕介質中耐蝕的剛。

鋅負極162的形狀為片狀，具體為不銹鋼金屬片，不銹鋼金屬片的厚度范圍為0.1mm～3.0mm，優選為1mm。不銹鋼金屬片的面積大于鋅電池主體162的面積，其中，不銹鋼金屬片還包括至少一個通孔，通孔的形狀包括但不限于正方形、矩形、圓形、正六邊形等等，具有通孔的不銹鋼金屬片既不影響電氣性能，同時平整性更好且可以節約原材料，節約成本。

透氣膜166為耐腐蝕的透氣材料，具體可以為耐腐蝕的無紡布，包裹著鋅電池主體162和鋅負極164，能夠防止用手接觸鋅電池主體162造成污染，保護鋅電池主體162；又能將電池主體162和鋅負極164貼合在一起，增強電氣性能。

在其他實施例中，第一殼體120的空腔121內可以增加硬紙殼或者干燥劑(圖未示)，不僅能夠增加空腔121的容積避免鋅電池主體162晃動，還可以起到干燥作用，保護鋅電池主體162。

請一并參閱圖4和圖5，圖4是本發明提供的鋅空氣電池第二實施例的結構示意圖，圖5是本發明第二實施例的左側面結構示意圖。

如圖4所示，本實施例的結構與第一實施例的結構基本相同，不同的是，鋅空氣電池200的第一殼體220上進一步包括第一正極引腳223和第二正極引腳225，第一正極引腳223與第二正極引腳225設置在朝向半透膜224的側面，即第一正極引腳223和第二正極引腳225與半透膜224在同一側面，也可以叫為正側面。

相同的，鋅負極264包括第一負極引腳263(見圖5)和第二負極引腳265(見圖5)，第一負極引腳263和第二負極引腳265自第一殼體220伸出，設置在背向向半透膜224的側面，也可以叫為反側面。并且，第一負極引腳263和第二負極引腳265與第一正極引腳223和第二正極引腳225設置在第一殼體220上的高度一致，并形成一一對應。本實施例設置兩套正負極引腳，其中，一套為常用正負極，另一套為備用正負極，當常用正負極被損壞或者不能工作時，備用正負極可以進行替代，增強鋅空氣電池200的電氣性能且延長鋅空氣電池200的壽命。

鋅空氣電池200進一步固定裝置280，固定裝置280設置在第一殼體220的四周或者四角，固定裝置280可以與第一殼體220一體成型，也可以是單獨的裝置。其中，固定裝置280包括凹固定裝置282和凸固定裝置284，凹固定裝置282的內直徑或者內徑大于等于凸固定裝置284的外直徑或者外徑，以使得凸固定裝置284可以插入凹固定裝置282進行固定。凹固定裝置282與凸固定裝置284分別設置在第一殼體220的兩側面，即可以為正反側面，且設置在第一殼體220的位置一一對應。具體的，固定裝置280為四套，凹固定裝置282和凸固定裝置284組合為一套，在其他實施例中，固定裝置280還可以為六套、八套等等。

本實施例中，進一步包括電解質(圖未示)，電解質添加至第一殼體220內，以使得鋅空氣電池200進行工作，電解質為強堿性溶液，且電解質呈半固體狀，具體為凝膠狀，因此第一殼體220可以是耐強堿的塑料。電解質與鋅空氣電池200分裝，使得鋅空氣電池200與電解質分開來，從而避免提前消耗，節約資源。

參閱圖6，圖6是本發明提供的鋅空氣電池第三實施例的結構示意圖。

如圖6所示，本實施例的結構與第二實施例的結構基本相同，不同的是，第一殼體320的正側面為正六邊形。

參閱圖7，圖7是本發明提供的鋅空氣電池組一實施例的結構示意圖。

如圖7所示，該鋅空氣電池組10包括至少兩個如上述的鋅空氣電池100或者鋅空氣電池200，鋅空氣電池200通過正負電極進行電氣串聯連接，形成鋅空氣電池組10，從而可以提供更多的能源。

本發明提供的鋅空氣電池組10在結構上配合阻水透氣的半透膜，相對目前其他類似金屬粉末電池，具有如下特點：反應效率更高；可以提供長時間的、穩定的電壓電流；無毒無害的環保材料；材料可以重復利用上千次、降低成本；用途廣泛等等。

其中，鋅空氣電池100或者鋅空氣電池200的結構參見上文，此處不再贅述。

下面的實施例將對本發明做進一步說明。

實例1

本實例說明本發明提供的鋅空氣電池的制備方法。

制備了如圖3所示的鋅空氣電池，制備方法如下：

(1)、提供鋅合金金屬粉末和導電劑粉末。

在本實施例中，鋅合金金屬粉末包括50～95重量份的鋅粉、2～20重量份的鋁粉以及1～20重量份的釩粉。其中，導電劑粉末的重量份為2～10，導電劑粉末為石墨、石墨烯、活性炭或者碳納米管中的至少一種。

鋅合金金屬粉末和導電劑粉末的顆粒直徑范圍為100～300μm。進一步的，鋅合金金屬粉末和導電劑粉末的顆粒直徑范圍為120～250μm；更進一步的，鋅合金金屬粉末和導電劑粉末的顆粒直徑范圍為150～200μm；可以將鋅合金金屬粉末或導電劑粉末過100目篩進行篩選，由于金屬合金粉末混合固化成型的金屬板表面具有孔隙，與電解質的接觸面積比大，增強電極放電反應，且鋅合金金屬粉末和導電劑粉末的顆粒越小，孔隙的面積越大，放電反應越好。

(2)、添加混合劑，將所述鋅合金金屬粉末和所述導電劑粉末攪拌混合，形成電池軟體。

其中，混合劑的重量份不超過鋅負極金屬板的百分之十。為了攪拌充分，可以利用攪拌機加快速度，并且能夠攪拌均勻。

(3)、添加固化劑，將所述固化劑添加至所述電池軟體中，將所述電池軟體固化形成電池塊。

在電池軟體中增加固化劑，可以快速將電池軟體變成電池塊。固化劑的重量份不超過鋅負極金屬板的百分之五。

(4)、用150-350℃的溫度進行1～2小時烘干處理，形成鋅負極金屬板。

(5)、提供透氣膜和鋅負極金屬片，鋅負極金屬片與鋅負極金屬板貼合連接，透氣膜包裹貼合的鋅負極金屬板和鋅負極金屬片，形成鋅負極電池主體。

(6)、將鋅負極電池主體置于帶有半透膜的第一殼體中，從而制作鋅空氣電池。

綜上所述，本領域技術人員容易理解，本發明提供的鋅空氣電池由于設有半透膜，半透膜能夠通過氣體分子而阻擋水分子，從而阻擋第一殼體中的水滲出來或者空氣中的水分子進入第一殼體，提高鋅空氣電池的安全性能，提升品質；該鋅空氣電池的結構簡單、便于安裝且使用方便。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。