鋅錳貯備電池及其製備方法
2023-09-20 02:51:05
專利名稱：鋅錳貯備電池及其製備方法
技術領域：
本發明屬於貯備電池領域，特別是涉及一種鋅錳貯備電池及其製備方法。
背景技術：
以前，我國在煤礦、井下大量採用鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池等作為備用電源的動力保證。然而，在使用中，鉛酸蓄電池在存儲過程中需要浮充，存在析氫析氧的隱患，不利於井下安全；而鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池等則一直受其單體間的均一性問題制約，且在使用過程中甚至存在自燃、爆炸的危險。故而，需要提供一種新的貯備電池。
發明內容
基於此，有必要針對現有技術存在的不合理性，提供一種能快速激活並且輸出功率大的鋅錳貯備電池及其製備方法。本發明的技術方案如下:一種鋅錳貯備電池，所述鋅錳貯備電池包括電池外殼和電解液儲液箱，所述電解液儲液箱通過電解液管道與所述電池外殼連接，在所述電池外殼的表面設置有正極引出端和負極引出端，所述電解液儲液箱中設置有電解液；其中所述電池外殼的內部設置有錳陽極和鋅陰極；所述錳陽極包括電解MnO2和導電碳材料，所述電解MnO2和導電碳材料的重量份數比為75 85:9 25。在其中一個實施例中，所述錳陽極還包括添加劑，所述添加劑與所述電解MnO2的重量份數比為5 6:75 85。在其中一個實施例中，所述導電碳材料為石墨或碳納米管。在其中一個實施例中，所述鋅陰極為鋅片或者鋅粉和添加劑的混合物。在其中一個實施例中，所述添加劑為SBR。在其中一個實施例中，所述電池外殼的內部還設置有隔膜，所述隔膜設置在所述錳陽極和所述鋅陰極的中間。在其中一個實施例中，所述電解液為KOH或NaOH，在所述電解液中還包括緩蝕劑，所述的緩蝕劑為ZnO或In(0H)2。一種鋅錳貯備電池的製備方法，所述方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極；S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積；S300:根據設計規格將錳陽極和鋅陰極依次層疊放置得到電極層疊體，其中鋅陰極比錳陽極多一片；S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。一種鋅錳貯備電池的製備方法，所述方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後加入去離子水使其形成膏狀，將上述膏狀物塗抹在集流體上；S200:製備鋅陰極；將鋅粉和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成鋅陰極；S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極比鋅陰極多一片；S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。一種鋅錳貯備電池的製備方法，所述方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極；S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積；S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極和鋅陰極的數目相等；S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封； S500:配置電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。本發明的有益效果是:(I)本發明的鋅錳貯備電池能夠快速激活，輸出功率大；可以長時間連續工作；( 2 )本發明的鋅錳貯備電池在貯存時沒有電能輸出，也不存在自放電現象，故而不產生能量損耗，經過長期貯存後性能穩定，激活時仍然可以提供足夠的能量；( 3 )本發明的鋅錳貯備電池工作溫度範圍寬廣，能夠適應不同的環境要求。
以下結合具體附圖及具體實施例，對本發明進行進一步詳細說明。圖1是本發明的鋅錳貯備電池的整體示意圖；圖2為本發明的鋅錳貯備電池的電池層疊體的整體示意圖；圖3為200AH的本發明的鋅錳貯備電池的IOOh率放電曲線圖。
具體實施例方式本發明的鹼性鋅錳貯備電池的電極活性物質與電解液在儲存期間不進行任何直接的接觸(即電池極片處於幹荷狀態)，使用時通過注入電解液而使得電池激活放電，故稱為貯備電池。鹼性鋅錳貯備電池在貯存時沒有電能輸出，也不存在自放電現象，故而不產生能量損耗，經過長期貯存後激活時仍然可以提供足夠的能量。參見圖1和圖2，本發明提供一種鋅錳貯備電池，所述鋅錳貯備電池包括電池外殼100和電解液儲液箱200，所述電解液儲液箱200通過電解液管道與所述電池外殼100連接，在所述電池外殼100的表面設置有正極引出端101和負極引出端102，所述電解液儲液箱200中設置有電解液；其中所述電池外殼100的內部設置有錳陽極103和鋅陰極104 ；本實施例中所述錳陽極103包括電解MnO2和導電碳材料，所述電解MnO2和導電碳材料的重量份數比為75 85:9 25。較佳的，作為一種可實施方式，所述錳陽極還包括添加劑，所述添加劑與所述電解MnO2的重量份數比為5 6:75 85。較佳的，作為一種可實施方式，所述導電碳材料為石墨或碳納米管。較佳的，作為一種可實施方式，所述鋅陰極為鋅片或者鋅粉和添加劑的混合物。較佳的，作為一種可實施方式，所述添加劑為SBR。較佳的，作為一種可實施方式，所述電池外殼的內部還設置有隔膜，所述隔膜設置在所述錳陽極和所述鋅陰極的中間。較佳的，作為一種可實施方式，所述電解液為KOH或NaOH，在所述電解液中還包括緩蝕劑，所述的緩蝕劑為ZnO或Ιη(0Η)2。本實施例中以高價態氧化物特別是以Mn02作為電池正極，耐鹼性多孔膜作為隔膜，以Zn片或Zn粉作為負極，並以KOH或NaOH作為電解質。電極組裝在電池盒裡面，電解液放置在另外的電解液儲液箱當中，最終組裝成鹼性鋅錳貯備電池，在應急時候將電解液注入到電池盒中，快速激活電池,放電。實施例一所述錳陽極包括電解MnO2、導電碳材料和添加劑，所述導電碳材料為膠體石墨，所述添加劑為SBR，所述鋅陰極為鋅片，所述電解液為Κ0Η，所述電解液的緩蝕劑為ZnO。實施例一所述的鋅錳貯備電池的製備方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按重量份數比為80:15:5的比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極；本步驟中均勻混合處理採用的是將混合好的電解MnO2、導電碳材料和添加劑置於攪拌釜中進行攪拌分散，分散時間為2h。S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積；這是為了保證貯備電池的使用壽命。S300:根據設計規格將錳陽極和鋅陰極依次層疊放置得到電極層疊體，其中鋅陰極比錳陽極多一片；所述錳陽極和鋅陰極依次層疊放置即一片錳陽極、一片鋅陰極的方式依次層疊；鋅陰極比錳陽極多一片是為了充分保證正極活性物質的利用率。S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；
S500:配置含飽和ZnO的6mol/L KOH溶液電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。在電解液儲液箱200和電池盒中100間，設有專門的電解液通道，通過應急柱300控制，當應急柱300打開(頂穿)電解液通道時，電解液由電解液儲液箱200迅速注入到電池盒100中，從而快速激活電池，進行放電。實施例二所述錳陽極包括電解MnO2、導電碳材料和添加劑，所述導電碳材料為膠體石墨，所述添加劑為SBR，所述鋅陰極為鋅片，所述電解液為NaOH，所述電解液的緩蝕劑為Ιη(0Η)2。實施例二所述的鋅錳貯備電池的製備方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、膠體石墨和SBR按重量份數比為85:9:6的比例均勻混合，然後加入去離子水使其形成膏狀，將上述膏狀物塗抹在集流體上；所述均勻混合處理是採用球磨機進行球磨分散，分散時間為Ih ;所述去離子水與所述電解MnO2的份數比為 85:20 30 ;S200:製備鋅陰極；將鋅粉和添加劑按份數比為100:10 30的比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成鋅陰極；S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極比鋅陰極多一片；錳陽極比鋅陰極多一片是為了充分保證正極活性物質。S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置6mol/L NaOH溶液，並添加質量百分數比為0.5%的In(OH)2作為緩蝕劑的電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。實施例三所述錳陽極包括電解Mn02和導電碳材料，所述導電碳材料為膠體石墨和碳納米管，所述鋅陰極為鋅片，所述電解液為Κ0Η，所述電解液的緩蝕劑為ZnO。實施例三所述的鋅錳貯備電池的製備方法包括如下步驟:SlOO:製備錳陽極；將電解Mn02、膠體石墨和碳納米管按重量份數比為75:15:10的比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極；所述均勻混合處理是採用球磨機進行球磨分散，分散時間為Ih ；S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積；S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極和鋅陰極的數目相等；S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置含飽和ZnO的濃度為6mol/L的KOH溶液作為電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。
實施例四所述錳陽極包括電解MnO2和導電碳材料，所述導電碳材料為膠體石墨和碳納米管，所述鋅陰極為鋅片，所述電解液為Κ0Η，所述電解液的緩蝕劑為In(0H)2。其中，電解MnO2、膠體石墨和碳納米管的重量份數比為75:5:4。製備方法同實施例三。圖3為200AH的本發明的鹼性鋅錳貯備電池的IOOh率放電曲線圖。下表為200AH的本發明的鹼性鋅錳貯備電池的參數表。
權利要求
1.一種鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述鋅錳貯備電池包括電池外殼和電解液儲液箱，所述電解液儲液箱通過電解液管道與所述電池外殼連接，在所述電池外殼的表面設置有正極引出端和負極引出端，所述電解液儲液箱中設置有電解液； 其中所述電池外殼的內部設置有錳陽極和鋅陰極； 所述錳陽極包括電解MnO2和導電碳材料，所述電解MnO2和導電碳材料的重量份數比為75 85:9 25。
2.根據權利要求1所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述錳陽極還包括添加劑，所述添加劑與所述電解MnO2的重 量份數比為5 6:75 85。
3.根據權利要求1所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述導電碳材料為石墨或碳納米管。
4.根據權利要求1所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述鋅陰極為鋅片或者鋅粉和添加劑的混合物。
5.根據權利要求2或4所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述添加劑為SBR。
6.根據權利要求1所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述電池外殼的內部還設置有隔膜，所述隔膜設置在所述錳陽極和所述鋅陰極的中間。
7.根據權利要求1所述的鋅錳貯備電池，其特徵在於:所述電解液為KOH或NaOH，在所述電解液中還包括緩蝕劑，所述的緩蝕劑為ZnO或Ιη(0Η)2。
8.—種鋅錳貯備電池的製備方法，其特徵在於:所述方法包括如下步驟: SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極； S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積； S300:根據設計規格將錳陽極和鋅陰極依次層疊放置得到電極層疊體，其中鋅陰極比錳陽極多一片； S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。
9.一種鋅錳貯備電池的製備方法，其特徵在於:所述方法包括如下步驟: SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後加入去離子水使其形成膏狀，將上述膏狀物塗抹在集流體上； S200:製備鋅陰極；將鋅粉和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成鋅陰極； S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極比鋅陰極多一片； S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置電解液，將電解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。
10.一種鋅錳貯備電池的製備方法，其特徵在於:所述方法包括如下步驟: SlOO:製備錳陽極；將電解MnO2、導電碳材料和添加劑按所述比例均勻混合，然後將混合物灌入耐鹼性排管中，通過作為集流體的鎳帶引出並封好兩端後製成錳陽極； S200:製備鋅陰極；將鋅片按照設計面積裁製成鋅陰極，所述鋅陰極的設計面積大於放電量所需的理論面積； S300:根據設計規格將錳陽極、隔膜和鋅陰極依次層疊放置，所述隔膜放置在所述錳陽極和鋅陰極的中間，得到電極層疊體，其中錳陽極和鋅陰極的數目相等； S400:將步驟S300得到的電極層疊體放置在電池外殼中，將錳陽極的接入端並聯並連接正極引出端，將鋅陰極的接入端並聯並連接負極引出端，然後採用ABS膠將電池盒密封；S500:配置電解液，將電 解液加入電解液儲液箱中即可製得鋅錳貯備電池。
全文摘要
本發明提供了一種鋅錳貯備電池及其製備方法，該鋅錳貯備電池包括電池外殼和電解液儲液箱，所述電解液儲液箱通過電解液管道與所述電池外殼連接，在所述電池外殼的表面設置有正極引出端和負極引出端，所述電解液儲液箱中設置有電解液；其中所述電池外殼的內部設置有錳陽極和鋅陰極；所述錳陽極包括電解MnO2和導電碳材料，所述電解MnO2和導電碳材料的重量份數比為75～85:9～25。本發明的鋅錳貯備電池能夠快速激活，輸出功率大；可以長時間連續工作；本發明的鋅錳貯備電池在貯存時沒有電能輸出，也不存在自放電現象，故而不產生能量損耗，經過長期貯存後性能穩定，激活時仍然可以提供足夠的能量。
文檔編號H01M4/62GK103165918SQ20131004693
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者宋永江, 羅雲峰, 曹從偉 申請人:安徽省霖豐源機械製造有限公司