软包锌空电池正极、软包锌空电池、电池组、用电装置的制作方法

1.本实用新型涉及电池领域，特别涉及一种软包锌空电池正极、软包锌空电池、电池组、用电装置。


背景技术：

2.锌空电池是以锌为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质而形成的一种电池，由于空气中的氧气可以随用随取，不用额外占用电极空间，因此在相同体积、相同重量下，锌空电池可以储存更多的反应原料，与传统电池相比，锌空电池具有更高的比能量，且生产成本更低。锌空电池凭借其特有的优势在商业上具有极高的应用前景，例如，目前市面上用于助听器中的纽扣电池就是一种锌空电池。
3.锌空电池通常包括空气电极外壳、空气电极、隔膜、锌电极和锌电极外壳，空气电极外壳与隔膜围成正极腔室，空气电极位于正极腔室中，锌电极外壳与隔膜围成负极腔室，锌电极位于负极腔室中。传统的电极外壳材料通常采用金属或者硬质塑料外壳等硬质包装，且外壳与电极、或者正负电极外壳间通常采用机械压制的方式密封在一起，硬质包装的外壳材料加工难度大，原材料贵，在电芯中质量占比大，会降低锌空电池的能量密度，且密封效果不佳易导致电池在使用过程中发生电解液泄漏的问题，为此，软包锌空电池成为研究热点。所谓软包锌空电池，即是一种采用软质包装的外壳材料替代传统硬质外壳的锌空电池，软包锌空电池相比于传统的锌空电池具有加工难度更小、原材料成本更低、质量更轻、密封效果更好等多重优点。但是目前的软包锌空电池技术并不成熟，制作成本高昂、工艺复杂、且电池的能量密度也有限。
4.另外，软包锌空电池正极，也即空气电极的制作方法通常是先将催化膜、正极集流体、防水透气膜按一定的顺序排列并进行液压，将压制后形成的正极材料按照预设尺寸进行裁剪，再使用热塑膜对正极材料的表面进行热封包裹。然而，经裁剪后的正极集体流的边缘部分却无法被热塑膜包裹，仍然是裸露状态，在工作过程中，正极集流体与电解液接触，正极集流体会少量溶解在电解液中，负极中的锌会与正极集流体中的金属发生置换反应，形成支晶造成短路。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种能够解决集流体与电解液接触导致短路问题的软包锌空电池正极。
6.进一步地，还有必要基于应用软包锌空电池正极提供一种能够降低成本、简化工艺、且能够提高电池能量密度的软包锌空电池、电池组以及用电装置。
7.本实用新型提供一种软包锌空电池正极，包括第一防水透气膜、热塑膜以及正极集流体，所述热塑膜具有安装孔，所述第一防水透气膜将所述安装孔的一侧封住，所述正极集流体的主体置于所述安装孔中，所述正极集流体的极耳从所述热塑膜远离所述第一防水透气膜的一侧引出。
8.在其中一个实施例中，还包括第二防水透气膜，所述第二防水透气膜设置于所述热塑膜远离所述第一防水透气膜的一侧并覆盖所述正极集流体的主体。
9.在其中一个实施例中，所述第二防水透气膜的边缘与所述安装孔的边缘重合。
10.在其中一个实施例中，还包括催化膜，所述催化膜贴于所述第一防水透气膜背离所述热塑膜的一侧。
11.在其中一个实施例中，所述催化膜的边缘不凸出于所述第一防水透气膜的边缘。
12.本实用新型还提供一种软包锌空电池，包括正极、负极以及隔膜，所述正极与所述负极通过所述隔膜间隔分布，所述正极包括上述任一实施例中所述的软包锌空电池正极。
13.在其中一个实施例中，包括至少两个所述正极以及至少一个所述负极，所述正极与所述负极交错设置。
14.在其中一个实施例中，所述隔膜与所述软包锌空电池正极中的热塑膜围成正极腔室，所述正极腔室包裹所述软包锌空电池正极中的第一防水透气膜。
15.本实用新型还提供一种电池组，由若干个上述任一实施例中所述的软包锌空电池按照预设顺序堆叠而成。
16.本实用新型还提供一种用电装置，包括上述任一实施例中所述的软包锌空电池或上述的电池组。
17.上述软包锌空电池正极中，正极集体流的主体置于热塑膜形成的安装孔内，由于安装孔被第一防水透气膜密封住，正极集流体的主体完全与电解液隔开，且正极集流体的极耳从热塑膜远离第一防水透气膜的一侧引出，也避免了极耳引出时与电解液的接触，从而实现正极集体流完全与电极液隔离，避免了由于正极集体流部分溶解于电解液中与负极中的锌发生置换反应导致短路的问题。
附图说明
18.图1为软包锌空电池的结构示意图。
19.图2为软包锌空电池正极的剖视图。
20.图3为软包锌空电池正极的爆炸图。
21.图4为实施例1的软包锌空电池放电性能图。
22.附图标记说明如下：
23.10：正极；110：第一防水透气膜；120：热塑膜；130：正极集流体；131：正极集流体的主体；132：正极集流体的极耳；140：第二防水透气膜；150：催化膜；20：负极；30：隔膜。
具体实施方式
24.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.本实用新型一实施例提供了一种软包锌空电池，包括正极10、负极20以及隔膜30，正极10与负极20通过隔膜30间隔分布。
30.可以理解地，隔膜30的作用是为了将正极10和负极20间隔开避免短路。
31.如图1所示，本实用新型的一些实施例中，软包锌空电池包括至少两个正极10以及至少一个负极20，正极10与负极20交错设置。可以理解地，例如在一个具体的示例中，软包锌空电池可以包括有两个正极10以及一个负极20，在另一个具体的示例中，软包锌空电池可以包括有两个正极10以及两个负极20，在又另一个具体的示例中，软包锌空电池可以包括有三个正极10以及两个负极 10，等等。
32.进一步地，本实用新型的一实施例还提供了一种软包锌空电池的正极10的具体结构。
33.如图2和图3所示，本实用新型一实施例提供的软包锌空电池的正极10的结构，包括第一防水透气膜110、热塑膜120、正极集流体130，热塑膜120具有安装孔，第一防水透气膜110将安装孔的一侧封住，正极集流体的主体131 置于安装孔中。正极集流体的极耳132从热塑膜120远离第一防水透气膜110 的一侧引出。
34.可以理解地，正极10会具有一个用于将正极材料封装的外壳，该外壳和隔膜30围成正极腔室，正极材料在正极腔室内，当电池工作时，电解液会透过隔膜30渗入正极腔室内。在本实施方式中，采用热塑膜120作为软包锌空电池的软质外壳。热塑膜120具有安装孔，第一防水透气膜110将安装孔的一侧封住，将正极集流体的主体131置于安装孔内，同时将正极集体流的极耳132沿着热塑膜120背离第一防水透气膜110的一侧引出，如此，正极集体流130完全与正极腔室隔离，当电解液渗入正极腔室内时，正极集体流130能够与电解液隔离彼此不接触，进一步地，能够避免正极集体流130的材质溶解于电解液中并与负极20中的锌发生置换反应导致短路的问题。
35.可以理解地，本实施方式中的安装孔也可以作为正极10的透气孔，空气中的氧气可以穿过安装孔进入正极腔室中。
36.优选地，第一防水透气膜120的边缘与安装孔的边缘的间隔为0mm～5mm。
37.可以理解地，正极集体流的主体131的边缘不凸出于安装孔的边缘，确保正极集体流的主体131能够完全放置于安装孔中并有效起到将电流汇聚并输出的效果。
38.在一个具体的示例中，正极10还包括第二防水透气膜140，第二防水透气膜140设置于热塑膜120远离第一防水透气膜110的一侧并覆盖正极集流体的主体131。可以理解地，这里所指的覆盖可以是指第二防水透气膜140将正极集流体的主体131完全覆盖，也可以是指第二防水透气膜140将正极集流体的主体131部分覆盖。
39.可以理解地，第二防水透气膜140的边缘与安装孔的边缘重合。可以理解地，此时第二防水透气膜140可以完全覆盖正极集流体的主体131，保证正极集体流130在压制时能够实现较好的压制效果，其与第一防水透气膜110能够紧密贴合，不会散开，且第二防水透气膜140的边缘与安装孔的边缘重合，能够有效保证正极10的防水效果。
40.进一步地，第一防水透气膜110的厚度大于第二防水透气膜140的厚度。第一防水透气膜110的厚度较大，一方面有利于提高膜层的防水性能，另一方面能够更好地实现正极集体流130与电解液的隔离，确保正极集体流130不会被电解液腐蚀。第二防水透气膜140的厚度较小，能够保证第二防水透气140 的膜层尽可能地具有更好的透气性。
41.在一个具体的示例中，正极集流体130可以但不限于是铜网、不锈钢网、镍网以及镀锡铜网中的任意一种。正极集体流130具有网状结构能够保证透气性能，且导电性能良好。
42.在一个具体的示例中，热塑膜120可以但不限于是聚碳酸酯膜、尼龙膜以及铝膜中的任意一种。热塑膜120的质软且轻，价格低廉，不仅有利于降低加工难度，还有利于减轻电池重量，且制作成本低。
43.可以理解地，第一防水透气膜110和第二防水透气膜140可以是相同材质的膜，也可以是不同材质的膜，只要能够确保防水和透气的效果即可。
44.可以理解地，软包锌空电池正极10还包括催化膜150，催化膜150贴于第一防水透气膜110背离热塑膜120的一侧。
45.进一步地，催化膜150的边缘不凸出于第一防水透气膜110的边缘。
46.可以立即地，上述实施例中提供的正极10的结构只是软包锌空电池正极的一个具体示例，在其他示例中，正极10也还可以是其他的结构，不限于此，只要能实现软包锌空电池正极的功能即可。
47.可以理解地，软包锌空电池中隔膜30与正极10中的热塑膜120围成正极腔室，正极腔室包裹正极10中的第一防水透气膜110。可以理解地，为确保第一防水透气膜110能够完全被隔膜30包裹于正极腔室内，隔膜30的整体尺寸应大于第一防水透气膜110的尺寸，也即是说第一防水透气膜110的边缘不凸出于隔膜30的边缘。
48.进一步地，正极腔室也还包裹正极10中的催化膜150。
49.可以理解地，软包锌空电池中的负极20具有注入负极活性物质的注料孔。可以理解地，负极20也具有负极腔室，负极活性物质通过注料孔将负极活性物质注入负极腔室内。
50.进一步地，负极20中的负极活性物质为锌膏。进一步地，在本实用新型一实施例中提供的软包锌空电池的负极活性物质锌膏中锌粉的重量占比较高，可达到60％～80％。
51.可以理解地，负极20也具有集流体，负极集流体的主体设置于负极腔室内，并被锌膏包裹。负极集流体可以但不限于是铜网、镀锡铜网、不锈铁、铜箔、镀锡铜箔以及锡箔等
等。进一步地，负极集流体的主体的边缘不凸出于隔膜30 的边缘。
52.可以理解地，隔膜30例如可以但不限于是碱性隔膜、聚丙烯隔膜、以及玻璃纤维隔膜中的任意一种。优选地，隔膜30为碱性隔膜，碱性隔膜的价格低廉，性价比高。
53.本实用新型提供的软包锌空电池的能量密度能达到≥470wh/kg，能量密度高。
54.可以理解地，本实用新型进一步地还可以制成一种电池组，该电池组由若干个上述任一示例中的软包锌空电池按照预设顺序堆叠而成。
55.更进一步地，本实用新型还可以制成一种用电装置，该用电装置包括上述任一示例中的软包锌空电池或上述的电池组。
56.以下为具体实施方式。
57.实施例1
58.一种软包锌空电池，由两个正极10，一个负极20，以及两个隔膜30组成，正负极间通过隔膜隔开，隔膜为碱性隔膜。
59.正极10包括第一防水透气膜110、热塑膜120、正极集流体130、第二防水透气膜140、以及催化膜150，热塑膜120具有安装孔，第一防水透气膜110将安装孔的一侧封住，正极集流体的主体131置于安装孔中。正极集流体的极耳 132从热塑膜120远离第一防水透气膜110的一侧引出。第二防水透气膜140设置于热塑膜130远离第一防水透气膜110一侧并覆盖正极集流体的主体131，第二防水透气膜140的边缘与安装孔的边缘重合。第一防水透气膜110的厚度大于第二防水透气膜140的厚度。催化膜150贴于第一防水透气膜110背离热塑膜120的一侧，催化膜150的边缘不凸出于第一防水透气膜110的边缘。正极集流体130为铜网，热塑膜120为聚碳酸酯膜。
60.负极20包括锌膏和负极集流体，锌膏包裹负极集流体的主体，负极集流体为铜网。
61.软包锌空电池的上下反应面积均为43cm2，总重量为125g。图4示出了软包锌空电池1a放电性能图，可见，以1a电流放电，其放电能量达到58.76wh，容量为49ah，能量密度达到470wh/kg。
62.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
63.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。