具有消气结构的镍锌电池的制作方法

本技术涉及电池，特别是涉及一种具有消气结构的镍锌电池。

背景技术：

1、碱性镍锌电池的工作原理是基于氢氧化镍正极与锌负极在碱性电解液中发生的可逆氧化还原反应，实现电能与化学能之间的相互转换。镍锌电池采用氢氧化钾(koh)、氢氧化钠(naoh)、氢氧化锂(lioh)的水溶液作为电解液，其浓度介于30-55wt.％，该电解液具有高离子电导率，能够为电池内部离子迁移提供有效的通道。在充放电过程中，电解液中的氢氧根离子(oh-)在正极和负极之间定向迁移，并参与电极上的电化学反应，从而维持系统整体的电荷平衡。

2、目前，碱性镍锌电池作为一类极具发展潜力的水系储能器件，凭借其高能量密度、高功率密度、本征安全、环境友好性及优异的充放电循环特性，在消费电子、便携式电动工具、汽车启停电源、数据中心备用电源、大规模储能系统等诸多领域展现出广阔的应用前景。然而，镍锌电池在充放电循环过程中存在严重的析气副反应问题。

3、具体而言，由于镍锌电池的充放电窗口通常是1.2-1.9v之间，通过恒流和恒压模式充电。镍锌电池进行充电时，正极主要的电化学反应是将ni(oh)2转化为niooh，负极主要的电化学反应是将zno转化为zn。当电池处于1.9v恒压充电模式的时候，电池内部很容易发生析气副反应。一般而言，正极比较容易发生析氧副反应，负极比较容易发生析氢副反应。此外，由于金属锌作为电极材料在强碱性环境中容易被腐蚀，尤其是进行高温存储时，很容易产生大量的氢气。需要指出的是，镍锌电池在过充条件下，ni(oh)2正极将极其容易发生析氧副反应，zno负极表面特别容易发生析氢副反应。此外，充电态的锌负极主要以金属锌为主，属于两性金属材料，在强碱性的电解液里，很容易发生腐蚀反应，转化成氧化锌或者氢氧化锌的同时生成大量的氢气。其中，正极和负极在充放电过程中涉及到的主要电化学反应和析气副反应总结如下：

4、ni(oh)2正极充电时发生的电化学反应：ni(oh)2+oh-→niooh+h2o+e-；

5、ni(oh)2正极充电/过充时的析气副反应：4oh-→o2↑+2h2o+4e-；

6、zno负极充电时发生的电化学反应：zno+h2o+2e-→zn+2oh-；

7、zno负极充电/过充时的析气副反应：2h2o+2e-→h2↑+2oh-；

8、充电态的锌负极可能发生的两个析气副反应：

9、zn+2h2o→zn(oh)2+h2↑；

10、zn+2oh-→zno+h2↑+2e-；

11、因此，析气副反应主要源于电解液中水分子的电化学分解及电极材料的腐蚀等副反应。这些析出生成的氢气与氧气会在电池内部累积，不仅会导致电池内压异常升高，还会导致电解液因水分解而逐渐干涸，进而显著降低电池的循环寿命与充放电效率；更严重时，过高的电池内压可能引发电池壳体破裂、电解液泄漏，甚至对搭载设备造成不可逆的损坏，存在极大的安全隐患。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种具有消气结构的镍锌电池，从而能够消除电池内部正极产生的氧气和负极产生的氢气，降低电池内部气压，同时避免电解液干涸，达到延长镍锌电池的循环寿命和避免电池漏液的效果。

2、本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种具有消气结构的镍锌电池，包括：电池本体及消气结构，所述电池本体包括电池卷芯，所述电池卷芯具有卷绕空腔；所述消气结构内置于所述卷绕空腔内，且所述消气结构上具有氢氧复合催化剂，所述氢氧复合催化剂用于催化电池本体内部产生的氢气和氧气发生复合反应生成水。

4、在其中一个实施例中，所述消气结构包括承载体，所述氢氧复合催化剂设置于所述承载体的表面，或所述氢氧复合催化剂通过造粒工艺成型形成所述承载体。

5、在其中一个实施例中，所述承载体呈管状结构。

6、在其中一个实施例中，且所述承载体具有内侧壁及外侧壁，所述氢氧复合催化剂附着于所述内侧壁或/且所述外侧壁上。

7、在其中一个实施例中，所述承载体的侧壁上开设有多个通气孔。

8、在其中一个实施例中，所述通气孔的直径为0.1mm-2mm。

9、在其中一个实施例中，所述承载体的横截面外轮廓的形状结构与所述卷绕空腔横截面的形状结构相适配。

10、在其中一个实施例中，所述承载体的横截面外轮廓的形状结构呈圆形结构、椭圆形结构或多边形结构。

11、在其中一个实施例中，所述承载体的横截面外轮廓最大尺寸为2mm-8mm。

12、在其中一个实施例中，所述氢氧复合催化剂为负载型催化剂、疏水性负载型催化剂、多孔载体负载型催化剂或疏水性多孔载体负载型催化剂。

13、与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

14、1、本实用新型的具有消气结构的镍锌电池通过在卷绕空腔这一电池内部空间内置含有氢氧复合催化剂的消气结构，可直接对镍锌电池在充放电反应过程中产生的氢气和氧气进行消气处理。通过氢氧复合催化剂能够直接在电池内部环境下催化气体发生复合反应，避免气体在电池壳体内部积累，从根本上消除因内压过高导致的壳体膨胀、漏液甚至破裂等安全隐患，显著提升电池的使用安全性和可靠性。

15、2、本实用新型的具有消气结构的镍锌电池通过直接在卷绕空腔中内置消气结构，从而能够确保气体在产生后快速接触催化剂转化为液态的水，并回流至电解液，补充电解液因充放电过程中消耗的水分，维持电解液的离子传输能力，避免因气体占据空间或电解液中水分子消耗导致的充放电性能下降。

16、3、本实用新型的具有消气结构的镍锌电池通过直接将含有氢氧复合催化剂的消气结构内置于卷绕空腔这一原本存在的空间中，无需额外在电池外部增设排气装置或占用壳体的额外空间，充分利用电池内部的卷绕空腔，不仅不影响电池的外形尺寸，还能够满足电池的小型化、紧凑化的应用需求。

1.一种具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述消气结构包括承载体，所述氢氧复合催化剂设置于所述承载体的表面，或所述氢氧复合催化剂通过造粒工艺成型形成所述承载体。

3.根据权利要求2所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述承载体呈管状结构。

4.根据权利要求3所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，且所述承载体具有内侧壁及外侧壁，所述氢氧复合催化剂附着于所述内侧壁或/且所述外侧壁上。

5.根据权利要求3所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述承载体的侧壁上开设有多个通气孔。

6.根据权利要求5所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述通气孔的直径为0.1mm-2mm。

7.根据权利要求2所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述承载体的横截面外轮廓的形状结构与所述卷绕空腔横截面的形状结构相适配。

8.根据权利要求7所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述承载体的横截面外轮廓的形状结构呈圆形结构、椭圆形结构或多边形结构。

9.根据权利要求8所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述承载体的横截面外轮廓最大尺寸为2mm-8mm。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的具有消气结构的镍锌电池，其特征在于，所述氢氧复合催化剂为负载型催化剂、疏水性负载型催化剂、多孔载体负载型催化剂或疏水性多孔载体负载型催化剂。