鋅空氣電池正極的成型塗片裝置及該正極的製備方法
2023-05-10 05:07:16 1
專利名稱：鋅空氣電池正極的成型塗片裝置及該正極的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋅空氣電池的成型塗片裝置及製備方法，尤其是涉及鋅空氣電池正極成型塗片裝置及該正極的製備方法。
背景技術：
鋅空氣電池，以空氣中的氧氣作為正極活性物質，鋅作為負極活性物質的電池，鋅空氣電池的主要特點是比能量高、工作電壓平穩、性能穩定、原材料豐富、價格低廉和無環境汙染等優點，目前鋅空氣電池的空氣電極常用的製備方法有兩種一是先分別將防水透氣層料漿和催化層料漿在輥壓機上上經過反覆輥壓纖維化後，分別形成片狀物，然後再和集流體壓在一起，這種方法在製備催化層和防水透氣層薄片時比較複雜，並且製備工藝可操作性差，薄片易破裂，不易大規模生產，如中國專利01107406.X；二是將催化層和防水透氣層配成糊狀物，然後塗在泡沫鎳上，後烘乾而成，這種方法採用純手工操作，很難製備塗布均勻的空氣電極，放電容量低，並且生產效率不高，不利於大規模生產，如《電池》-2004年4月，電池Vol.34，No2，87～89，黃偉國等，鋅空電池氧還原電極催化劑的研究。
發明內容
本明所要解決的技術問題是克服現有技術中塗片不均勻、手工操作工藝不穩定的缺點，提供一種塗片均勻並適於大規模生產電池的鋅空氣電池正極的成型塗片裝置。
本發明還提供一種利用上述裝置均勻塗片成型的鋅空氣電池正極的製備方法。
為實現上述目的，本發明的技術方案是提供一種鋅空氣電池正極的成型塗片裝置，該裝置包括一控制裝置，該裝置盛裝塗布的漿料並控制塗片漿料的流出；一傳送裝置，該傳送裝置對應控制裝置的漿料流出位置，並帶動需塗布的泡沫鎳移動；一輥壓機，對塗布完的泡沫鎳輥壓成型。
所述的控制裝置包括料鬥和出料口，料鬥可盛塗片用的漿料，出料口位於料鬥的下端並可調節漿料流出的速度。
所述的塗片漿料的流出速度是通過調節出料口的大小控制。
所述的輥壓機兩輥間的距離為可調設計，調節兩輥的距離可控制電極的厚度。
本發明還提供一種鋅空氣電池正極的製備方法，包括混料、塗片成型、燒結和裁片，其特徵在於塗片成型步驟包括當載於傳送裝置上的泡沫鎳移動到控制裝置的下方時，塗片漿料自控制裝置的出料口流出並塗布在泡沫鎳上的步驟。
所述的塗片成型是先在一側塗防水透氣層，烘乾後，翻轉泡沫鎳，再在另一側塗催化層。
所述的混料是採用球磨機混料的方法，將固體漿料混合均勻，加入聚四氟乙烯PTFE和去離子水後，用超聲波分散均勻。
所述的混料是採用球磨機混料的方法，將固體漿料混合均勻，加入聚四氟乙烯PTFE和無水乙醇後，用攪拌器分散均勻。
所述的鋅空氣電池正極是圓柱形鋅空氣電池和方形鋅空氣電池的正極。
本發明所述的鋅空氣電池的成型塗片裝置，該裝置結構簡單，便於操作，本發明的製備方法是通過所述的控制裝置控制塗片漿料流出的速度，當傳送裝置載著泡沫鎳勻速移動到控制裝置的下方時，控制裝置中的漿料可均勻地塗到泡沫鎳上，採用這種方法克服了現有技術中塗片不均勻的缺點，同時簡化了生產工藝，大大提高了生產效率，從而為鋅空氣電池的大規模生產提供了條件，並且這種方法簡單易行，製備的空氣電極適應性強，可廣泛應用於圓柱型和方形鋅空氣電池的生產。
本發明通過塗片裝置先塗防水透氣層再塗催化層，是由於泡沫鎳是一種多孔結構，易依附其他物質，當防水透氣層先塗時，防水透氣層料漿就會先進入泡沫鎳內部，佔據大部分孔隙，這樣可以提高防水透氣層的防水效果，催化層僅僅在電池表面起催化作用，不進入泡沫鎳內部，對電極的性能沒有影響。
圖1是本發明的鋅空氣電池正極的製備工藝流程示意圖；圖2是本發明空氣電極製備中所用的塗片機示意圖。
具體實施例實施例1如圖2所示，本發明所述的一種鋅空氣電池正極的塗片裝置，包括控制裝置4、傳送裝置2和輥壓機3，控制裝置包括料鬥和出料口，料鬥中盛有塗片用的漿料5，漿料5流出的速度由出料口的大小控制，當傳送裝置帶動電池正極用的泡沫鎳1移動到控制裝置4漿料流出的位置時，控制裝置4中的漿料通過出料口流出並均勻塗布到泡沫鎳上，傳送裝置2帶動塗布後的泡沫鎳繼續移動，通過輥壓機3的兩輥輥壓後成型，電池正極的厚度是通過兩輥間的距離來調節。
實施例21、空氣電極料漿的製備(1)防水透氣層料漿的製備將質量比為1∶1∶1的活性炭、乙炔黑和無水硫酸鈉加入到球磨機球磨30分鐘，使其混合均勻，加入去離子水，與固體總的質量比為5∶1，然後加入濃度為60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固體的質量佔料漿中固體總質量的25％，用玻璃棒攪拌均勻後，放入超聲波發生器中超聲5分鐘，使其分散均勻。
(2)催化層料漿的製備將質量比為3∶2∶2∶1.5的催化劑，催化劑可為MnO2或MnO2-Co、活性炭、乙炔黑、無水硫酸鈉加入到球磨機中球磨30分鐘，加入去離子水，去離子水的質量為固體總質量的5倍，攪拌均勻後加入濃度為60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固體的質量佔料漿中固體總質量的15％，用玻璃棒攪拌均勻後，放入超聲波發生器中超聲5分鐘。
2、將上述製得的鋅空氣正極漿料在塗片裝置上塗片成型並製得鋅空氣電池的正極，製備工藝流程見圖1。
首先調節所述控制裝置4下方出料口的大小和根據所需電極厚度來調節輥壓機3兩輥間的距離，再將上述製得的防水透氣層漿料5裝入控制裝置4中，傳送裝置2載著電池正極的泡沫鎳1勻速移動，漿料5從控制裝置4以均勻地流出，當泡沫鎳勻速動到控制裝置4下方時，控制裝置中的漿料5均勻地塗到泡沫鎳1上，泡沫鎳1繼續向前勻速移動，進入輥壓機3，在輥壓機3兩輥的輥壓下，得到厚度確定的一側電極，在150℃烘乾，翻轉泡沫鎳，將漿料換為催化層料漿，再用上述方法塗泡沫鎳的另一側電極，將塗好片的電極在350℃的溫度下燒結，再根據需要，將空氣電極裁成需要的尺寸。
實施例31、空氣電極料漿的製備(1)防水透氣層料漿的製備將質量比為1∶3∶1.5的活性炭、乙炔黑和無水硫酸鈉加入到球磨機內球磨30分鐘，混合均勻。加入無水乙醇，90℃加熱，並用磁力攪拌器攪拌，邊攪拌邊加入濃度為60％的PTFE乳液，其中PTFE乳液中固體的質量佔料漿中固體總質量的45％，繼續加入乙醇，用磁力攪拌器攪拌15分鐘。
(2)催化層料漿的製備將質量比為2∶3∶1∶1的催化劑，催化劑為自製的LiMn1.5Co0.5O4、活性炭、乙炔黑、無水硫酸鈉，球磨機中球磨30分鐘，加入無水乙醇，於磁力攪拌器上攪拌，邊攪拌邊加入濃度為60％PTFE乳液，其中PTFE乳液中固體的質量佔料漿中固體總質量的20％。
2、塗片成型及製備鋅空氣電池正極所述裝置與方法步驟與實施例1相同實施例4採用實施1所述的塗片裝置及用該裝置製備的鋅空氣電池正極用於製備了圓柱型鋅空氣電池，並用BS9300測試儀檢測了電池的性能。
採用SC型電池的鋼殼，外部打16個直徑為0.6mm的孔，以保證空氣的進入，隔膜採用聚乙烯輻射接枝膜，負極採用合金鋅粉、粘結劑、緩釋劑、鹼液等配成鋅膏，將空氣電極裁成3.5×6.5cm2的片，卷好放入鋼殼內，點焊，使空氣電極與外殼接觸好；然後將負極鋅膏放入到捲成筒的隔膜內，在蓋帽上焊一根集流體鋼帶，然後將蓋帽上套上密封圈，與鋼殼密封，絕緣，該方法製備的鋅空氣電池，放電容量可達6200mAh，放電平臺可達1.2V。
實施例5採用實施2所述的塗片裝置及用該裝置製備的鋅空氣電池正極用於製備了方型鋅空氣電池，並用BS9300測試儀檢測了電池的性能。
將空氣電極裁成4×7cm2的片，製備方形鋅-空氣電池，負極採用銅帶作為集流體，點鋼帶作為極耳，將合金鋅粉、粘結劑、緩釋劑、鹼液等配成鋅膏塗到銅帶上，外包袋式隔膜，正負極疊加即得方形電池，並採用疊片式結構製備了方形電池組，外殼採用鉛酸電池外殼，外部打孔，正負極極耳從頂蓋處引出，製備的方形鋅空氣電池組放電平臺可達3.6V，放電容量4000mAh。
權利要求
1.一種鋅空氣電池正極的成型塗片裝置，其特徵在於包括一控制裝置，該裝置盛裝塗布的漿料並控制塗布的漿料的流出；一傳送裝置，該傳送裝置對應控制裝置的漿料流出位置，並帶動需塗布的泡沫鎳移動；一輥壓機，對塗布完的泡沫鎳輥壓成型。
2.根據權利要求1所述的成型塗片裝置，其特徵在於所述的控制裝置包括料鬥和出料口，料鬥可盛塗片用的漿料，出料口位於料鬥的下端並可調節漿料流出的速度。
3.根據權利要求2所述的成型塗片裝置，其特徵在於所述的塗片漿料的流出速度是通過調節出料口的大小控制。
4.根據權利要求3所述的成型塗片裝置，其特徵在於所述的輥壓機兩輥間的距離為可調設計，調節兩輥的距離可控制電極的厚度。
5.一種鋅空氣電池正極的製備方法，包括混料、塗片成型、燒結和裁片，其特徵在於塗片成型步驟包括當載於傳送裝置上的泡沫鎳移動到控制裝置的下方時，塗片漿料自控制裝置的出料口流出並塗布在泡沫鎳上的步驟。
6.根據權利要求5所述的鋅空氣電池正極的製備方法，其特徵在於所述的塗片成型是先在一側塗防水透氣層，烘乾後，翻轉泡沫鎳，再在另一側塗催化層。
7.根據權利要求6所述的鋅空氣電池正極的製備方法，其特徵在於所述的混料是採用球磨機混料的方法，將固體漿料混合均勻，加入PTFE和去離子水後，用超聲波分散均勻。
8.根據權利要求6所述的鋅空氣電池正極的製備方法，其特徵在於所述的混料是採用球磨機混料的方法，將固體漿料混合均勻，加入PTFE和無水乙醇後，用攪拌器分散均勻。
9.根據權利要求5-8中任一的鋅空氣電池正極的製備方法，其特徵在於所述的鋅空氣電池正極的製備方法是可用於圓柱形鋅空氣電池和方形鋅空氣電池正極的製備方法。
全文摘要
本發明涉及一種鋅空氣電池正極的塗片成型裝置及用該裝置製備正極的方法，所述的塗片裝置包括控制裝置、傳送裝置和輥壓機，控制裝置中漿料流出的速度由出料口的大小控制，當傳送裝置帶動電池正極用的泡沫鎳移動到控制裝置漿料流出的位置時，控制裝置中的漿料通過出料口流出並均勻塗布到泡沫鎳上，輥壓機可對塗布完的泡沫鎳輥壓成型；採用上述的塗片成型裝置製備鋅空氣電池的正極，能均勻塗片，空氣電極性能好。該方法簡化了生產工藝，大大提高了生產效率，適應鋅空氣電池的大規模生產，並且這種方法製備的空氣電極適應性強，可廣泛應用於圓柱型和方形鋅空氣電池的生產。
文檔編號B05C1/00GK101075669SQ20061006080
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月18日 優先權日2006年5月18日
發明者李玉冰, 董俊卿 申請人:比亞迪股份有限公司