CN108565504A - 一种金属改性蓄电池的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种金属改性蓄电池的制造方法。电池内的负极活性材料合剂中置有负极，正极活性材料合剂中置有正极，电池外部包裹有壳体。经过纳米化的氧化亚铜微粒粉末制备，正负极高分子材料的改性，活性材料合剂的制备，电池产品的制造步骤。本发明利用金属改性技术制造蓄电池，具有节省能源，充电速度快，能量储存效率高，使用时间长和使用费用低的优点。适宜作为供电电池的制造方法应用。

Description

一种金属改性蓄电池的制造方法

技术领域

本发明涉及电化学领域的电池，具体地说是一种金属改性蓄电池的制造方法。

背景技术

汽车工业的快速发展,大大推动了社会的经济发展及文明进步，但同时也加剧了大气环境的恶化。据统计破环环境的有害气体有30%以上是源于传统燃油交通车辆尾气的排放，因此发展新能源汽车及控制汽车尾气二氧化碳的排放，成为世界各国环境保护工作的重点。

目前世界各国都把纯电动汽车放在发展新能源汽车的首位，我国政府自2009年以来相续颁布了若干发展电动汽车的政策，鼓励发展电动汽车动力电池及电动汽车产业。但经近十年的实践，因电池性能原因，电动汽车的发展并不理想，存在续航里程短、充电桩普及差及充电时间长等不足。因而，研发能满足电动汽车应用的动力电池成为当务之急。

电池的发展史，就是各种材料的发现及应用的历史。迄今为止，用各种材料制作的电池有数百种之多，但被广泛应用的是1859年诞生的铅酸电池和1991年面世的锂离子电池，二者占有目前全球电池市场70%以上的份额。

铅酸电池是以金属铅、石墨、硫酸溶液等为主制作的电池,自诞生以来、以其安全性好、可靠性高及成本低等优势，至今仍占有全球电池市场60%以上的份额，但存在容曼低、体积重及污染严重等缺点。

锂离子电池是以锂、钴、碳等元素为制作的高能电池，具有质量比能量高（＞120wh/kg）循环寿命长（＞1000次）、环保特性好剂应用广泛等特点。该电池的应用，推动了互联网、电子、家电、机器人、无人机等多领域技术及产业的快速发展，是世界公认的高端电池，目前占有全球电池市场10~15%的份额。该电池存在成本高、温度特性差及有安全隐患等不足。

发明内容

为了制造金属改性蓄电池，本发明提出了一种金属改性蓄电池的制造方法。该方法通过金属改性制造蓄电池，解决金属改性蓄电池制造方法的技术问题。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

改性电池的构造：

电池内的负极活性材料合剂中置有负极，正极活性材料合剂中置有正极，电池外部包裹有壳体。

经过步骤：

纳米化的氧化亚铜微粒粉末制备：

将普通的铜箔材料，用低温湿化学方法在冷氧化条件下,经过3～6个月时间的培养，将固态铜金属制成液态氧化亚铜水溶液，将溶液的PH值调整为中性后，采用化学沉积方法，提取溶液中的纳米化的氧化亚铜微粒粉末,作为合成活性物质的基本材料。

正负极高分子材料的改性：

将PMMA、MS、PS、PTFE高分子材料通过化学共混法进行改性合成，取得电池的正、负极材料。

活性材料合剂的制备：

将以上制备的氧化亚铜纳米微粒与化学改性的高分子材料按5:1的比例合成，形成了可供电池正负极板喷涂使用的高致密电极活性合剂。

电池产品的制造：

1)极板生产线由正、负两条线构成，两线并行安装，同步运行。

2)正极板为铝箔卷料，负极板为铜箔卷料，分别放置在各自的生产线上。

3)开启电源，驱动电机带动卷料转动，极板开始传动。

4)极板在传送的过程中，经加热，酸洗，浸透，喷涂，化学反应，计量剪切，成型，装壳，激活，试验，封装，检验和包装流程，完成电池制造操作与管理。

积极效果，本发明利用金属改性技术制造蓄电池，具有节省能源，充电速度快，能量储存效率高，使用时间长和使用费用低的优点。适宜作为供电电池的制造方法应用。

附图说明

图1为传统电池构造图；

图2为本发明电池结构图。

图中，1.负极，1.1.负极活性材料合剂，2.正极，2.1.正极活性材料合剂，3.隔膜，4.负极活性材料，5.正极活性材料，6.电解质，7.壳体。

具体实施方式

传统电池的构造如图1所示，电池内的正极活性材料5中置有正极2，负极活性材料4中置有负极1，在两极之间设有隔膜3，隔膜两侧装有电解质6，电池外部包有壳体7。

各组成部分说明如下:

(1)正、负电极，正、负电极是电子的导体及活性物质的载体(集电体)，是产生电池能量的源泉。正电极的活性物质是有效的氧化剂，在工作时(放电)得到电子，本身发生电化学还原反应。负电极的活性物质是有效的还原剂，工作时失去电子，本身发生电化学的氧化反应。电池充电时正、负电极发生与电池放电时相反的电化学氧化-还原反应。

(2) 电解质，电解质是离子导体，主要完成电池内部传质任务，但不具有电子导通功能。大容量电池的电解质基本都是液态物质（电解质）。

(3) 活性物质，活性物质主要起增加电极反应的表面积及提高电池性能的作用。

(4) 隔膜，隔膜是正负电极之间的绝缘体，起阻断电子导通作用。

改性电池的构造：

据图2所示，电池内的负极活性材料合剂1.1中置有负极1，正极活性材料合剂2.1中置有正极2，电池外部包裹有壳体7。

经过步骤：

纳米化的氧化亚铜微粒粉末制备：

将普通的铜箔材料，用低温湿化学方法在冷氧化条件下,经过3～6个月时间的培养，将固态铜金属制成液态氧化亚铜水溶液，将溶液的PH值调整为中性后，采用化学沉积方法，提取溶液中的纳米化的氧化亚铜微粒粉末,作为合成活性物质的基本材料。

正负极高分子材料的改性：

将PMMA、MS、PS、PTFE高分子材料通过化学共混法进行改性合成，取得电池的正、负极材料。

活性材料合剂的制备：

将以上制备的氧化亚铜纳米微粒与化学改性的高分子材料按5:1的比例合成，形成了可供电池正负极板喷涂使用的高致密电极活性合剂。

电池产品的制造：

1)极板生产线由正、负两条线构成，两线并行安装，同步运行。

2)正极板为铝箔卷料，负极板为铜箔卷料，分别放置在各自的生产线上。

3)开启电源，驱动电机带动卷料转动，极板开始传动。

4)极板在传送的过程中，经加热，酸洗，浸透，喷涂，化学反应，计量剪切，成型，装壳，激活，试验，封装，检验和包装流程，完成电池制造操作与管理。

技术原理：

电池的正极材料为铝箔，负极材料为铜箔，是电池的导电体及活性材料的载体。

电池内部没有单独的电解质和隔膜，而是由活性材料合剂代替了电解质及隔膜。活性材料合剂为粉末状固体物质，由于电池内部没有电解液参与电化学反应,电池在工作中没有氢气及其它气体产生，安全环保。

活性材料及功能如下:

(1)由铜金属改性制备的纳米粉末微粒结晶性好，可使极板原子作用的表面积增加上万倍，使极板单位面积的能量密度>500wh/㎡以上，比能量>800wh/kg;

(2)活性材料合剂具有奇特的半导体及量子尺寸效应，当电极施加外电场时,可瞬间激活活性物质合剂中的电子空穴，在电极材料晶格的空间及形状上重新有序分布,形成正、负电极间的高电势差，使用电完毕或电量不足的电池重新充满能量、实现快速激活充电;

(3)活性物质合剂具有P型半导体特性、可在不同电场条件下对电子有导通和阻断作用。在激活状态下，正、负电极之间的电阻呈无限大，形成正、负极板间的绝缘隔膜(称为“自闭式隔膜”)，因而节省了占有传统电池1/3成本的隔膜材料，并大为减小了电池的体积和重量。

(4)形成的这种自闭式隔膜，具有特殊的电子空穴交换膜的特性、可使得活性合剂中带电粒子热运动分离的电子空穴通过交换膜不断在电极上积聚生成电能,因而这种电池具有很强的能量自恢复能力。该特性可组成自循环发、供电***，成为一种新型的二次能源。应用该原理可使电动汽车的增加离程达到数千公里以上。

电池制造工艺的创新：

传统大容量单体(组)电池的制造都是采用间歇式生产方式，生产周期长，占地面积大。如铅酸电池的生产周期＞20天，大容量锂离子单体电池的生产周期为10-15天。

金属改性电池的制造是采用自动生产线连续生产方式，制造数Kwh超大容量的单体(组)电池的时间<5h，生产效率远高于铅酸电池或其他电池。

性能指标：

1)比能量：＞800wh/kg；

2)单体电压:4v；

3)循环次数：>4，000次；

4)充电(激活)时间:＜20s；

5)温度范围:-70 ℃~85℃；

6)安全及环保特性:极好；

7)具有电池能量自恢复功能。

与其他类型电池比较(见下表)：

技术效果

综上，金属改性电池具有其它类型电池无法比拟的诸多优点，是电动车、机器人、无人机等理想的动力电池。以改性电池在电动汽车的应用说明本发明的技术效果如下:

应用金属改性电池制造的电动汽车具有如下性能:

1)充电时间<20s，可在任何地方采用普通的220V电源充电，方便快捷，且消耗较小的输入电能:

2)改性电池充电方式为输入脉冲电压方式，便于无线充电，可使充电装置大为简化:

3)在符合标准规定电池重量的情况下，续驶里程可达2，000～3，000Km，在续航1000Km时，电池重量仅180kg(电池容量:140kwh)；

4)电池循环次数＞4，000次；

5)电池工作温度范围为:-7O℃~85℃；

6)电池安全性能及环保特性极好；

7)车价不超过同等性能的燃油汽车价格，便于普及推广。

与其他类型电动汽车比较(见下表)∶

至2014年，我国的汽车保有量已逾1.5亿量，2015年我国的汽车产销量为2400万辆,2016年为2802万辆，2017年为2900万辆(统计至2017.12)，预计至2020年我国汽车保有量将达2.5亿辆。如以国内汽车产量的20%生产电动汽车,电动汽车年产量约为500万辆，按每辆配置140kwh容量电池计算(续肮>1000km)，将需电池>8亿kw。按每wh价格3元计(锂离子电池价格＞3元/wh),该领域将存在2万亿元/年以上的电池销售市场。金属改性电池的极高性价比及适用性，可在该领域有较大的市场竞争能力。金属改性电池在该领域的应用可突破目前电动汽车发展缓慢的瓶颈，将使真正意义的电动汽车变成现实。

该电池在航空、航天、机器人、无人机、国防、科研等尖端领域及手机、笔记本电脑、各类家的等领域，都将有巨大的市场。

金属改性活性物质的培养方法：

本发明的核心技术是活性物质的培养、合成及电池极板的制造工艺。

活性物质制备的工艺流程:

金属板料→表面处理→铜料放入皿盘加入纯水→经3-6个月培养→制成氧化亚铜水溶液→调成中性提取纳米粉末→烘干过筛→阴干备用。

特点：

传统电池极板的制造成型约10-15天，本技术电池极板的制造成型＜30min，至电池制造完成入库，时间＜5h，生产效率是传统电池制造工艺的数十倍以上。

本发明改性技术制造的蓄电池具有比能量高、充电速度快及成本低的优点，可突破目前电动汽车动力电池性能不足的瓶颈，制造真正意义的电动汽车。

本发明的内容是利用特殊的材料改性技术制造了一种广谱性、高性价比的蓄电池。用本发明技术制造的这种电池，具有比能量高、充电速度快、温度范围宽、成本低廉及制造工艺简单的特点。由于本发明基于金属材料改性技术，因此称这种电池为“金属改性电池”。

金属改性电池是以铜、铝两种替通金属及一些高分子材料、通过特殊的材料改性技术制造成性能优于锂离子电池的活性物质,由该技术制备的电池活性物质可逆容量>800mAh・g-1是锂离子电池的6倍以上，且成本远低于锂离子电池，实现了电池材料应用的重大突破。

Claims (1)

1.一种金属改性蓄电池的制造方法，其特征是：

改性电池的构造：

电池内的负极活性材料合剂（1.1）中置有负极（1），正极活性材料合剂（2.1）中置有正极（2），电池外部包裹有壳体（7）；

经过步骤：

纳米化的氧化亚铜微粒粉末制备：

将普通的铜箔材料，用低温湿化学方法在冷氧化条件下,经过3～6个月时间的培养，将固态铜金属制成液态氧化亚铜水溶液，将溶液的PH值调整为中性后，采用化学沉积方法，提取溶液中的纳米化的氧化亚铜微粒粉末,作为合成活性物质的基本材料；

正负极高分子材料的改性：

将PMMA、MS、PS、PTFE高分子材料通过化学共混法进行改性合成，取得电池的正、负极材料；

活性材料合剂的制备：

将以上制备的氧化亚铜纳米微粒与化学改性的高分子材料按5:1的比例合成，形成了可供电池正负极板喷涂使用的高致密电极活性合剂；

电池产品的制造：

1)极板生产线由正、负两条线构成，两线并行安装，同步运行；

2)正极板为铝箔卷料，负极板为铜箔卷料，分别放置在各自的生产线上；

3)开启电源，驱动电机带动卷料转动，极板开始传动；

4)极板在传送的过程中，经加热，酸洗，浸透，喷涂，化学反应，计量剪切，成型，装壳，激活，试验，封装，检验和包装流程，完成电池制造操作与管理。