一种空气电极及用这种空气电极制成的金属空气电池制造技术

一种空气电极及用这种空气电极制成的金属空气电池，其空气电极由催化活性层，憎水透气层，集流体导电网和防漏密封层组成，催化活性层与憎水透气层压紧为一体，集流体由金属的网状或多孔状形式构成，防漏密封层可透气或在其上面开有孔以透气，防漏密封层与憎水透气层夹住并压紧导电网，并与憎水透气层紧密地连接在一起，上述空气电极进而制成金属空气电池，其密封性能更为可靠，从而克服现有的金属空气电池不易密封的缺点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于由空气电极，电解液，金属阳极组成的碱性电化学电池，即金属空气电池。具体地，本专利技术是关于金属空气电池用的空气电极，及用这种空气电极制成的金属空气电池。金属空气电池通常是由空气电极，碱性电解液，金属阳极，一般是锌或铝构成。这种电池在现有的民用小型电池系统中具有最高的单位比能量，因为它的阴极材料即氧气来源于空气。这种电池在80年代成功地应用于助听器，做成扣式，具有长的使用时间，其放电功率也正好适合它的要求。这种电池还适用于大型手提电筒，道路信号灯及水上航标灯系统具有长的使用时间而不用经常更换。这两种电池成功地进入商品化市场。这种电池的缺点在于它在使用过程中空气电极暴露于大气中而易受到空气中的水份和二氧化碳的影响。极低功率长期使用和一般功率间断使用时容量大的优点难于发挥。另外它的电流密度不大，不适于大功率的用电器使用。这种电池还难于密封。近年来空气电池又有所发展，如以色列EFL公司US#5418080用于电动汽车的机械可充式锌空气电池，，美国AER公司US#5506067用于笔记本电脑的可充式锌空气电池。这些专利技术不论是小型的扣式电池也好，还是大方型的可充电池，均采用以催化活性层，集流体金属网和憎水透气层组成的空气电极。美国AER公司US5506067又在空气电极下加多一层聚丙烯薄膜用于整体的电池防漏。而以色列EFL公司机械可充式锌空气电池将三层的空气电极与聚丙烯外壳注塑在一起，相应地完成密封。传统的空气电极，由催化活性层，集流体，聚四氟乙烯憎水透气层构成。催化活性层通常由聚四氟乙烯与碳黑，催化剂(一般是二氧化锰，银或其它催化剂)等混合构成。集流体导电网一般是由不锈钢，镀镍低碳钢，或是银，金，镍，钨，铜等耐腐蚀金属，以编织网，拉伸网，冲孔拉网等形式构成。集流体导电网与催化活性层粉末混和压入活性层的中间，或直接压入活性层的上，下面。憎水透气层由聚四氟乙烯纯膜或聚四氟乙烯与碳黑等材料构成。这三层构成一个空气电极。实用的空气电极组合一般还包括一个附加的聚四氟乙烯或聚丙烯薄膜层贴在憎水透气层外面用于密封，或在催化活性层外面贴上一个隔膜组合在一起。这种结构的电极虽经多年发展，也只是成功地应用于扣式和大方型这两种基本的结构中。在这种电极中，集流体用于从空气电极的催化活性层中导出电流，如无集流体就会由于空气电极憎水透气层本身很大的内阻(或根本不导电)而很难实际应用。而若对于小电流应用，如果憎水透气层不是由聚四氟乙烯纯膜构成，而是由聚四氟乙烯与碳黑等材料混合构成(因而是导电的)，集流体就不是必须的。换句话说，如果无集流体在催化活性层，憎水透气层就必须导电。憎水透气层外面附加的聚四氟乙烯或聚丙烯防漏层并不是在所有电池中都采用。在扣式电池中，它与其它几层形状完全相同，而在US#5506067的方型电池中，它具有很大的面积，覆盖了整个电池壳体的大部分内部空间。这一层可以为商业电池提供了极好的增强防漏保护性能。它一般在电池的密封结构中被压紧，以密封电池。隔膜一般是聚丙烯，聚乙烯，尼龙等材料经亲水处理制成无纺布或纺织布的薄膜，可以仅仅是压在空气电极的催化活性层上，也可以用焊，粘，超声波焊等方法与空气电极紧贴在一起。传统电极从未成功地用于小型的圆柱系列电池。它仅用于扣式电池---这一特例是将电极紧紧地压在电池壳体的一个平面上，而不是圆柱面上。它用于方型电池时也仅仅是用注塑(大型电池)或附加密封层(聚四氟乙烯/聚丙烯)并压紧这样的方法来完成。之所以这样密封是由于空气电极的最外层即憎水透气层主要是由聚四氟乙烯构成。聚四氟乙烯本身很难熔化，因而很难与其本身或其他塑料完成一种熔融状态下的分子间的紧密联接。所以采用以上的压紧式密封主要是机械力。即使是注塑密封，憎水透气层中的聚四氟乙烯也不熔化，只是熔融的壳体塑料可以部分地渗透到憎水透气层中的聚四氟乙烯内部的微孔中。同时集流体在催化活性层内部，导致集流体的引出必然要透过憎水透气层与电池阴极壳体接触，直接穿过或从侧面绕过憎水透气层。而集流体本身浸泡在催化活性层的电解液中，这就导致了电解液有沿着集流体而泄漏的可能。小型的圆柱系列电池和方形电池的应用越来越广。传呼机的使用条件最适宜于锌空气电池发挥优点连续使用，功率中等。其使用时间至少3-4个月，2倍于普通碱性锌锰电池。而在移动电话方面，CDMA手机的功率已经小于0.5瓦，锌空气电池可以负担得起这样的放电功率。因此，小型的圆柱系列和方形锌空气电池的发展极有意义。本专利技术的目的就是提供一种新型的空气电极，其憎水透气层不主要使用聚四氟乙烯，而主要是用具有良好焊接性能的其它聚合物，它与附加的防漏密封层焊接在一起，具有紧密的不透液的连接。这种连接不用始终压紧的机械力维持，具有高的可靠性。本专利技术也提供一种集流体引出方法，使集流体不处于催化活性层中因而不处于电解液中，而是在憎水透气层外面，相应地杜绝了漏源。同时集流体与导电的憎水透气层有足够好的接触，而能满足实际电流输出的要求。本专利技术另一个目的就是用上述空气电极做成矩型，多边形和圆柱形金属空气电池，它更容易密封，也密封的更可靠。克服了以前的金属空气电池不易密封的缺点。本专利技术的目的是通过以下方式来实现的一种用于金属空气电池的电化学多层空气电极，由以下部分组成a.由活性碳加催化剂及聚四氟乙烯混合构成的催化活性层；b.由碳黑或其它导电材料和聚合物构成的憎水透气层；c.由金属或合金或有镀层的金属或合金以网状或多孔状形式构成的集流体；d.由聚合物构成的防漏密封层；其特征在于憎水透气层中的至少50％的单种聚合物不包括聚四氟乙烯，且该层是导电的，上述催化活性层与上述憎水透气层压紧为一体，集流体不与催化活性层接触，而是在憎水透气层与催化活性层相对的另一侧，有一个附加的由聚合物构成的防漏密封层，上述防漏密封层与上述憎水透气层夹住并压紧上述集流体，并与上述憎水透气层用热焊，超声波焊，或粘接等方法紧密地连接一起。本专利技术的金属空气电化学电池，主要是由金属阳极，电解液，隔膜，多层空气电极等组成，其特征在于其多层空气电极是采用上述结构的空气电极。本专利技术的电极具有崭新的结构。它是由催化活性层，憎水透气层，集流体和防漏密封层组成的。可选择地加隔膜，与催化活性层贴在一起构成一个新的正极组合。催化活性层由活性碳加二氧化锰，银，铂等催化剂及聚四氟乙烯混合处理后压制而成。其厚度一般在0.05-2mm之间。憎水透气层由聚乙烯，聚氯乙烯，尼龙或聚丙烯塑料的一种或几种与一定比例的碳黑混合处理后压制而成，其厚度一般在0.1-2mm之间。这种憎水透气层的特点是憎水的，同时内部又有足够多的微孔。它可以使氧气透过到达活性层参加反应，同时又能阻止电解液由催化活性层向外渗漏。由于本专利技术的憎水透气层含有碳黑，因而该层又具有导电性，与催化活性层压紧后起到正极集流的作用。将催化活性层和憎水透气层压紧在一起形成一个复合层。集流体网，由金属金，银，镍，不锈钢，镀镍钢以编织网，拉伸网，冲孔带等形式存在。它部分嵌入并贴紧在憎水透气层。集流体紧贴着憎水透气层，它将电流从憎水透气层导出，并与电池壳的正极直接连接。防漏密封层由与憎水透气层性质相似的塑料组成。它可以是聚丙烯，聚乙烯，聚氯乙烯，尼龙等的一种或几种构成。该层塑料与憎水透气层用超声波焊，热焊，粘接的方式紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属空气电池的电化学多层空气电极，由以下部分组成：ａ．由活性碳加催化剂及聚四氟乙烯混合构成的催化活性层；ｂ．由碳黑或其它导电材料和聚合物构成的憎水透气层；ｃ．由金属或合金或有镀层的金属或合金以网状或多孔状形式构成的集流体 ；ｄ．由聚合物构成的防漏密封层；其特征在于：憎水透气层中的至少５０％的单种聚合物不包括聚四氟乙烯，且该层是导电的，上述催化活性层与上述憎水透气层压紧为一体，集流体不与催化活性层接触，而是在憎水透气层与催化活性层相对的另一侧，有一个附 加的由聚合物构成的防漏密封层，上述防漏密封层与上述憎水透气层夹住并压紧上述集流体，并与上述憎水透气层用热焊，超声波焊，或粘接等方法紧密地连接一起。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙法炯，王，夏黎萱，孙德全，
申请(专利权)人：孙法炯，王，夏黎萱，孙德全，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]