專利名稱：鎂錳疊層電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化學電源，尤其屬于鎂錳疊層電池組。
背景技術：
鎂錳疊層電池組的特點是高電壓、高功率、高容量、耐儲存、低溫放電性能優(yōu)異、環(huán)保(無汞無鉛無鎘)。此外，這種電池原材料資源豐富、生產工藝簡單，生產成本低。通信、電器、軍事等需要性能更加先進的疊層電池組。鎂錳疊層電池組沒有得到商業(yè)化推廣，除技術方面的因素外，鎂合金價格昂貴，缺乏降低成本的有效方法。
由軍用鎂電池標準(GJB885-90，GJB319A-97)可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的鎂錳疊層電池組的比能量不高。按較好的電池的比能量的衡量標準，實際比能量可達到理論值的1/3-1/5，鎂錳電池的理論比能量為726瓦時/公斤，而實際上現(xiàn)有的鎂錳疊層電池組大電流放電時只有約54瓦時/公斤，只達到理論值的1/13.5，顯然沒有達到應有的水平。從理論分析其中的原因有許多，包括鎂合金陽極的加工工藝有待改進、陽極合金組織不利于電流效率的提高、雙極性導電膜功能有缺陷，因電池內阻大工作時的溫度升高造成電池電解液揮發(fā)損失等。
鎂合金屬密排六方晶體結構，在室溫只有一個滑移面，因此鎂合金的塑性加工性能比鋁合金差?，F(xiàn)在鎂錳疊層電池組鎂合金薄板使用擠壓或軋制方式，生產工序復雜，生產成本高。
擠壓或軋制鎂合金板的組織不適合于鎂錳疊層電池陽極的要求，兩者都容易發(fā)生應力腐蝕和剝層腐蝕，降低鎂的利用率。
在鎂錳疊層電池中鎂陽極一側面有一層雙極性導電膜和電芯陰極接觸，其作用是把陰陽兩極用最小的電阻連接，同時雙極性導電膜必須具備防電解液滲透、防鎂合金腐蝕的功能，使鎂合金電極處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則電解液滲入引起鎂腐蝕，既引起鎂的利用率降低，也造成電池內阻增大，電壓降加快。
鎂錳疊層電池的隔膜與其它電池要求不同在于其電阻應該更小，由于和上述相同的原因，隔膜的內阻大時，也必然造成電池的電芯失水嚴重，工作時電壓降加快。

發(fā)明內容
本發(fā)明采用快速凝固的鑄造或鑄軋技術能比較好地實現(xiàn)電化學陽極對材料組織的要求，連續(xù)鑄造或連續(xù)鑄軋可以經濟地生產鎂錳疊層電池需要的1毫米以下厚度的鎂合金板，而且制成薄板的組織特點是從表面層向內生長的柱狀晶，特別符合要求。
金屬的標準電極電位可以作為衡量其抗腐蝕能力的依據(jù)，鎂的標準電極電位為-2.37伏，在金屬中是很低的，因此極易腐蝕。在電池中作為鎂合金陽極的雙極性導電層必須具備低電阻、無裂紋、底部對鎂合金有良好的潤濕性和高附著力、耐超電位、耐高濃度鹽水、緩蝕、耐滲透、強粘結力、成本較低。但目前鎂錳疊層電池組對鎂合金陽極導電層材料的研究尚待深入。為此本發(fā)明對導電層材料的構成進行研究，從成膜物質、導電填料、稀釋劑、固化劑、防銹鉻鹽填料諸多環(huán)節(jié)控制，以達到符合多功能要求。
隔膜采用天然纖維紙，和其它現(xiàn)有的隔膜材料相比。采用天然纖維紙后，不僅性能提高、而且生產成本降低。但普通的木質纖維紙不能完全阻止二氧化錳粒子的擴散，可能造成電池短路，為此在不增加隔膜的電阻前提下，采取防止二氧化錳粒子經由纖維間隙向陽極擴散的措施，即用能透過電解質離子而不允許透過二氧化錳粒子的半透膜處理。本發(fā)明采用聚砜半透膜化處理的天然纖維質紙。
此外鎂錳疊層電池組采用普通鋅錳疊層電池組的結構形式、技術參數(shù)和使用方法，以便不同電池使用時的互換性。并用普通鋅錳疊層電池組的工藝路線、設備生產鎂錳疊層電池組，以便不同電池生產能兼容。
鎂錳疊層電池組采用和鋅錳疊層電池組相同的結構形式、技術參數(shù)、工藝路線、設備進行生產。
鎂合金陽極薄片成分是以鎂為基體，并含有5-8％的鋁，0.5-2.5％的鋅，0.1-0.5％的錳，0.1-1％的微量添加元素(微量添加元素可以是堿金屬、堿土金屬、稀土金屬等)，最佳成分為6％的鋁，1.5％的鋅，0.35％的錳，0.25％的堿土金屬，其余為鎂。
陽極薄片是采用連續(xù)鑄造或連續(xù)鑄軋技術從液態(tài)鎂合金一次成型的鎂合金薄片，陽極鎂合金薄片的厚度根據(jù)電池的型號選取。
陽極導電層含60～80％的石墨，10～23％的環(huán)氧瀝青，5-15％的羊毛脂，1-2％的鉻酸鹽，4％-10％聚四氟乙烯。
隔膜采用聚砜半透膜處理的天然纖維質紙，干紙厚度約0.1毫米，聚砜在紙纖維間呈膠聯(lián)和微孔，微孔占40％，微孔直徑2微米。
本實施例未述部分與現(xiàn)有技術相同。
本發(fā)明進行了組裝電池組的實驗，各項性能良好，指標明顯高于同型號的普通鋅錳疊層電池組和鎂錳疊層電池組的軍用標準，并有更好的低溫放電性能及耐高溫儲存性能。實驗結果表明，本發(fā)明具有制造方法簡單，價格低廉，綜合性能優(yōu)良，無環(huán)境污染問題，使用時和同型號鋅錳疊層電池組兼容，可以互換。
權利要求
1.一種鎂錳疊層電池組，其特征是陽極材料是采用連續(xù)鑄軋或連續(xù)鑄造的鎂合金薄片。
2.根據(jù)權利要求1所述的鎂錳疊層電池組，其特征是陽極鎂合金簿片成分是以鎂為基體，并含有5-8％的鋁，0.5-2.5％的鋅，0.1-0.5％的錳，0.1-1.0％的微量添加元素。
3.根據(jù)權利要求1和2所述的鎂錳疊層電池組，其特征是陽極與陰極接合的導電層是由多功能組元構成的，包括導電性組元、憎液防滲組元、緩蝕組元和粘結組元，成分為石墨60-80％，環(huán)氧瀝青10-23％，羊毛脂5～15％，鉻酸鹽1-2％，聚四氟乙烯4-10％。
4.根據(jù)權利要求1、2和3所述的鎂錳疊層電池組，其特征是電池隔膜采用聚砜處理的天然纖維質紙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎂錳疊層電池組，其特征是疊層電池組的陽極材料是鎂合金連續(xù)鑄軋或連續(xù)鑄造的薄片，它是一種以鎂為基體并添加多種元素的合金。陽極與陰極接合的導電層是多功能的，電池隔膜采用聚砜溶液浸漬處理的天然纖維質紙。本發(fā)明的鎂錳疊層電池組的性能指標可明顯超過現(xiàn)有鎂錳疊層電池組的技術標準。
文檔編號H01M2/20GK1461068SQ0314921
公開日2003年12月10日 申請日期2003年6月17日 優(yōu)先權日2003年6月17日
發(fā)明者李華倫, 黃育宏, 李書偉, 楊仲可 申請人:李華倫, 黃育宏, 李書偉, 楊仲可