CN1081394C

CN1081394C - 海水或食盐水铝—空气电池及其制造方法

Info

Publication number: CN1081394C
Application number: CN94110463A
Authority: CN
Inventors: 李振亚; 王泉; 朱善正; 刘雅惠; 郭再耕; 孙东昌
Original assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Current assignee: DRILLING TECHNOLOGY INST SHENGLI PETROLEUM ADMINISTRATION
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 2002-03-20
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: CN1108007A

Abstract

一种大功率准楔形结构静止海水或食盐水为电解液的铝——空气电池及其制造方法是：通过熔化工业纯铝，加入Ga、In、Mg、Zn、Mn、Sn、Pb等成分，经铸锭、热处理，热轧、冷轧、正火、退火、淬火、等工艺制成电池的铝电极。通过对乙炔黑和防水层热处理制得疏水性好、透气率高的空气电极。利用制得的铝电极，空气电极获得了大功率静止海水或食盐水为电解液的铝——空气电池。

Description

海水或食盐水铝——空气电池及其制造方法

本发明属大功率静止海水或食盐水电解液铝——空气电池及其制造方法，一种大功率以海水或食盐水为静止电解液的铝——空气电池。已有技术的中性盐溶液铝——空气电池大功率电池组，都带有强制电解液循环流动和鼓风***或阳极低频振荡***等辅助设备，结构复杂。采用静止不流动中性盐溶液为电解液的铝——空气电池功率都很小，其单体电池功率不超过2W。铝电极成分为AL-Ga-In-Ti、AL-Ga-In-P、AL-Ga-Sn等合金，铝基材料采用99.99％的高纯铝，昂贵金属Ga的含量达0.2％以上，成本高，电流效率低，且铝阳极放电中途有钝化现象。电解液为高浓度Nacl和Na₂SO₄混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液。[A.R.Desplc：“Proc of the 29he IUPAC Congress.Cologne Feoleral Republic of Germany.5-10June1983”1984 P267～274；D、M、Drazic、A、R、Despicand S、K、Zecevlc.Fuell Cell Trens ln Research andAppllcatlon P105～125(1987)]，静止中性盐溶液小功率铝——空气电池工作电流小，10Ω放电，输出电流0.12A(日本专利昭62-37885)；空气电极制造工艺陈旧，仍用传统的活性炭作催化层，乙炔黑作防水层，PTFE为粘接剂制成(中国专利CN88107970)。

本发明的目的是采用成本低、活性高，无中途钝化、铝利用率高的铝电极，廉价的海水(或食盐水)为电解液，具有高透气性、极化值小的空气电极和本发明的准楔形电池结构，制成中性静止电解液大功率机械再充电式铝——空气电池，克服已有技术的缺点。

本发明的海水或食盐水铝——空气电池是这样实现的。

1、两空气电极[8]相对而立与电池壳体[6]构成容器，电池上部两空气电极极间距大，下部极间距小的准楔形结构。

2、铝电极引线铜片经电池上盖压紧后***另一电池空气电极集流插孔[9]中。

3、通过熔化工业纯铝加入0.01～0.15％Ga，0.01～0.10％In，0.05～0.5％Mg，0.05～0.3％Sn，0.03～0.5％Zn，0.05～0.3％Mn和0.05～0.3％Pb等成分制成铝合金锭。铝合金锭经加热至250℃～600℃，恒温3～8小时、热轧、冷轧、再加热至150℃～550℃，+恒温1～6小时，作正火、退火、淬火等热处理工艺制得铝合金带。

4、空气电极由催化层[1]+防水层[2]+导电网[4]+透气层[3]组成。防水层中的乙炔黑在700℃～900℃的惰性氛围中热处理，防水层中加入Na₂SO₄、(NH₄)₂CO₃发孔剂，防水层在丙酮中浸煮6～12小时，凉干，再加热至100℃～300℃恒温1-3小时。然后再升温到350℃～380℃恒温15～90分钟。

本发明的海水或食盐水大功率铝——空气电池制造工艺为：将工业纯铝锭装入井式电炉的石墨坩埚中，加热熔化成750℃～1000℃的铝溶液，按重量比加入0.01～0.15％Ga，0.01～0.10％In，0.05～0.5％Mg，0.05～0.3％ Sn，0.03～0.5％ Zn，0.05～0.3％Mn和0.05～0.3％Pb等，用石墨棒搅均匀，浇铸成500×120×60mm的合金铝锭。将铝合金锭装入箱式炉中加热至250℃～600℃恒温3-8小时，热轧至5mm，然后冷轧成0.5～0.8mm厚的铝合金带。再将其装入箱式炉中加热至150℃～550℃恒温1-6小时，作正火、退火、淬火处理后，裁成[45×140mm的铝合金片，铆上60×40×0.1mm的铜片，铆接处涂以清漆，制成电位相对于饱合甘汞电极电位为-1.49V的铝电极。

说明书附图：

图1空气电极结构

图2单体电池装配示意图

附图说明：

1——催化层

2——防水层

3——透气层

4——导电网

5——集流铜片

6——电池壳体

7——铝电极

8——空气电极

9——集流插孔

10——电池上盖

11——壳体密封圈

12——铝电极集流铜片

13——壳体镶块

14——电池上盖环绕突出体

本发明所用的空气电极结构如附图1，是按催化层[1]+防水层[2]+一端焊接着集流铜片[5]的导电网[4]+透气层[3]的顺序叠加后，压制而成。其中防水层的制造方法是将PTFE和在700℃～900℃下在惰性氛围中热处理2～6小时的乙炔黑及作为发孔剂的Na₂SO₄、(NH₄)₂CO₃细粉末混合，加入适量工业酒精均匀滚压制成0.5～1mm厚的膜，在丙酮中浸煮6～12小时，凉干，装入箱式炉加热到100～300℃恒温15～90分钟冷却取出。其透气层是用高透气率的纤维膜浸上树脂，用疏水剂处理制成。

本发明的单体电池结构如附图2。单体电池有两片相等面积为15×14cm²的空气电极[8]相对而立粘接于电池壳体[6]上，两空气电极[8]的集流铜片[5]焊接成一体，将两空气电极[8]连接。铝电极[7]置于电池中间，电池上部两空气电极[8]间距为2cm，下部两空气电极间距1cm。耐腐蚀金属插孔[9]焊接于一空气电极[8]集流铜片上，作为空气电极[8]极柱。电池壳体[6]上部一侧没带有凸台的铝电极定位体[13]，定位体凸台装有橡胶垫圈[11]，将置于电池中的铝电极引线铜片[12]折弯90°，放在定位体[13]上，伸出电池体外，电池上盖[10]上有环形实出体[14]。向电池内注入电解液后，将上盖[10]扣于电池壳体[6]上，电池上盖[10]与电池壳体上的铝电极定位体挤压住铝电极引线铜片，垫圈[11]将铝电极引线铜片挤紧，可防止电解液沿其渗出。上盖上的另一环形突出体[14]与定位体挤住铝电极引线铜片[13]，保证铝电极垂直对中于电池中。上盖上还设有带防水透气膜的透气孔，可使电池放电时产生的气体排出。电池串联时，铝电极引线铜片***另一电池的空气电极集流插孔中。

本发明的以海水或食盐水为电解液的大功率铝——空气电池的突出优点是铝合金电极中昂贵金属材料含量低，活性高，成本低，电流效率高，放电时无中途钝化现象。在60℃高温下铝电极正常溶解。对空气电极防水层热处理后，防水层中的亲水物质和发孔剂分解挥发彻底，疏水性好，孔率高，使空气向电极内表面扩散快保证了电池大电流工作，单体电池放电电流达10A以上，这就使电池在电解液不流动状态能输出大功率。电池放电时，电解液温度随之升高，但常是电池上部温度高，下部温度低，准楔形电池结构保证了电池内部温升均匀，避免了铝阳极溶解不均匀而过早断损。电池放电时，铝电极耗尽，用户可随时自行补充，避免了一般蓄电池需长时间充电的麻烦。

实施例：

按上述准楔形电池结构制成的大功率海水或食盐水铝——空气电池组，其铝电极按下列方法制成：将工业纯铝锭放入井式电炉的石墨坩埚中，加热熔化成950℃铝液，加入0.05％Ga、0.03％In、0.2％Sn、0.1％Zn、0.2％Pb、0.1％Mg、0.2％Mn用石墨捧搅匀，浇铸成500×120×60mm的铝合金锭。将铝合金锭装入箱式炉在450℃下恒温8小时，热轧至5mm，然后冷轧成0.6mm厚铝合金带，再装入箱式炉内加热至400℃恒温4小时作正火处理，裁成15×14cm的片，铆上60×40×0.1mm铜片，铆接处涂清漆，铝电极电位为-1.49V(相对饱合甘汞电极)，电流效率为90％。空气电极按催化层+防水层+导电网+透气层顺序叠加后，以250Kg/cm²的压力压制而成。空气电极有效面积15×14cm²，防水层是由PTFE和在850℃下在CO₂氛围中恒温处理5小时的乙炔黑按重量比1∶1外加150％(NH₄)₂CO₃及15％Na₂SO₄混合后加适量工业酒精滚压成0.8mm的膜，放入丙酮中浸煮6小时，凉干，再装入箱式炉加热至250℃恒温2小时，再升温至350℃恒温30分钟，获得导电性，疏水性和透气性好的防水层。制成的铝——空气电池装入海水或食盐水溶液，单体电池开路电压1.67V，以8.5A电流放电，输出电压26V，以10A电流放电，输出电压24V以上，连续放电5小时，放电电压平稳。

Claims

1、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池，其特征是：两片相等面积的空气电极[8]相对而立粘接于电极壳体[6]上，形成一个不漏水的容器，两空气电极[8]的集流铜片[5]焊接成一体，将两空气电极[8]连接，电池上部两空气电极[8]间距大，下部两空气电极间距小，耐腐蚀金属插孔[9]焊接于空气电极[8]的集流铜片[5]上，作为空气电极[8]的极柱，整个单体是一个上大下小的准楔形结构。

2、根据权利要求1所述的以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池，其特征是：铝电极[7]置于准楔形单体电池中间，铝电极引线铜片[12]经电池上盖[10]与电池壳体上的铝电极定位体[13]压紧后，***另一单体电池空气电极集流插孔[9]中。

3、根据权利要求1或2所述的以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池，其特征是：电池上盖设有带防水透气膜的透气孔。

4、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池的制造方法，其特征在于铝电极的制造方法是：通过熔化工业纯铝加入0.01—0.15％Ga，0.01—0.10％In，0.05—0.5％Mg，0.05—0.13％Sn，0.03—0.15％Zn，0.05—0.3％Mn和0.05—0.3％Pb制成铝合金锭，铝合金锭经加热至250℃—600℃，恒温3—8小时，经热轧，冷轧，再加热至250℃—550℃，恒温1—6小时，再作正火、退火、淬火等热处理工艺制得铝合金带，从而获得供电池使用的铝电极。

5、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池的制造方法，其特征在于空气电极的制造方法是：空气电极按催化层[1]+防水层[2]+导电网[4]+透气层[3]顺序放在一起，以250kg/cm²的压力压制而成，其中防水层[2]是将PTFE在700℃—900℃下在惰性气氛中热处理2—6小时的乙炔黑及作为发孔剂的Na₂SO₄、(NH₄)₂CO₃细粉末混合，加入适量工业酒精均匀滚压制成，然后将膜在丙酮中浸煮6—12小时，凉干，装入箱式炉加热100℃—300℃，恒温15—90分钟冷却取出，从而获得防水层，导电网[4]为一种具良好导电性的铜网，透气层[3]是用高透气率的纤维膜浸上树脂，用疏水剂处理而成。