CN106410331A - 一种电池及运行该电池的方法 - Google Patents

一种电池及运行该电池的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106410331A
CN106410331A CN201610969359.9A CN201610969359A CN106410331A CN 106410331 A CN106410331 A CN 106410331A CN 201610969359 A CN201610969359 A CN 201610969359A CN 106410331 A CN106410331 A CN 106410331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
cathode
cathode side
anode
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610969359.9A
Other languages
English (en)
Inventor
钟宽
李乾乾
田静
李影
刘洪明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Original Assignee
Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai filed Critical Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority to CN201610969359.9A priority Critical patent/CN106410331A/zh
Publication of CN106410331A publication Critical patent/CN106410331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明涉及一种电池及运行该电池的方法。其中，电池包括：阳极结构，所述阳极结构包括阳极侧电化学活性组分和阳极侧电解质，所述阳极侧电化学活性组分包括以下物质中的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；阴极结构，所述阴极结构包括阴极侧电化学活性组分、阴极侧液体电解质和阴极侧电子导电体；隔膜，所述隔膜位于阳极结构和阴极结构之间，并将阳极侧电解质与阴极侧液体电解质分隔，所述隔膜是基本不透水的；和输气装置，所述输气装置有输气管道，所述输气管道有出气口，所述出气口在所述阴极结构内部。该电池能够实现大电流放电，具有改善的功率性能。

Description

一种电池及运行该电池的方法
技术领域
本发明属于电化学领域，具体涉及一种电池及运行该电池的方法。
背景技术
金属空气电池，是新一代电动汽车用动力电池的强有力的候选者。金属空气电池通常以活性金属作为阳极侧电化学活性组分，以空气中的氧气作为阴极侧电化学活性组分之一。由于氧气直接来源于空气而不需存储在电池内部，金属-空气电池因此具有较高的理论比容量。金属空气电池有可能实现1000Wh/kg以上的器件能量密度，该能量密度与汽油接近。
金属空气电池的阳极侧电化学活性组分可以是碱金属、碱土金属或其它活性金属。在众多金属空气电池中，锂空气电池是当前研究的热点。金属锂具有较负的电极电位(-3.04V vs.SHE)以及较小的密度(6.95g·mol-1)。当锂作为电池阳极极材料时，其具有约3.81Ahg-1的比容量，此时，锂空气电池的能量密度理论值有可能达3505Wh/kg。在此能量密度下，配备锂空气电池的电动汽车续航里程可以达到600公里以上。
CN103259065A公开了一种锂-空气二次电池组的空气管理系统，主要包括自然风供气系统、强制供气系统及锂-空气电池组电源系统；所述自然风供气系统通过对外部环境空气流速的监控，实现对所述强制供气系统工作状态的控制，持续给锂-空气电池组提供空气。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电池，本发明的又一个目的是提供一种放电电流大小可调节的电池，本发明的又一个目的是提供一种高功率的电池，本发明的又一个目的在于提供一种运行上述电池的方法。
发明人发现，通过在电池上设置输气装置，输气装置的出气口设置在电池阴极结构的内部，通过输气装置向电池的阴极结构内部输入气体，能够有效地提高单位时间参与电化学反应的物质的量，调节电池的放电电流，改善电池的功率性能。
本发明第一方面提供一种电池，包括：
阳极结构，所述阳极结构包括阳极侧电化学活性组分和阳极侧电解质，所述阳极侧电化学活性组分包括以下物质中的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；
阴极结构，所述阴极结构包括阴极侧电化学活性组分、阴极侧液体电解质和阴极侧电子导电体；
隔膜，所述隔膜位于阳极结构和阴极结构之间，并将阳极侧电解质与阴极侧液体电解质分隔，所述隔膜是基本不透水的；和
输气装置，所述输气装置有输气管道，所述输气管道有出气口，所述出气口在所述阴极结构内部。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述输气管道和/或出气口浸入在所述阴极侧液体电解质中。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，其具有以下一项或多项特征：
a)所述出气口的口径为0.1mm以上，例如0.1～10mm，例如0.5～5mm，再例如1～3mm；
b)所述出气口到所述阴极侧电子导电体的距离为0～100mm，例如0.1-50mm，再例如1～10mm；
c)所述出气口朝向或背向所述阴极侧电子导电体。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，输气装置的出气口的出气压力大于1个大气压，例如大于1.5个大气压，例如大于2.5个大气压。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，输气装置还有进气口。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，其具有以下一项或多项特征：
d)所述输气管道为曲线形管道，例如螺旋形管道，蛇形管道或环形管道；
e)所述输气管道的材料包括选自玻璃、石英、塑料、不锈钢、钛、钼和钨中的一种或多种；
f)所述输气管道上设置有只允许气体流出不允许液体流入的开关，所述开关优选为单向阀；
g)输气管道不与电子导电体电连接。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述输气装置包括用于输气的泵。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述阴极侧电化学活性组分包括气态氧化剂；
优选地，所述气态氧化剂是水溶性的；
优选地，所述气态氧化剂包括空气、O2、SO2和NO2中的一种或多种。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述输气装置用于向所述阴极结构内输入所述气态氧化剂。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述阴极侧电化学活性组分包括水。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述电池工作时，所述阴极侧电子导电体位于阴极侧液体电解质上方。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述阴极侧电子导电体的材料包括碳材料、粘结剂、非碳多孔材料和催化剂中的一种或多种。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，其具有以下一项或多项特征：
h)所述阴极侧电子导电体是亲水的；
i)所述阴极侧电子导电体的是多孔的；
j)所述阴极侧电子导电体的厚度为5mm以上，例如10～200mm；
k)所述阴极侧电子导电体含有催化剂或被催化剂处理。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述阴极侧液体电解质为含水液体电解质。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述阳极侧电解质为为非水液体电解质或固体电解质。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，其具有以下一项或多项特征：
l)阳极侧电化学活性组分是锂；
m)阳极侧电解质是有机液体电解质；
n)隔膜包括锂离子固体电解质；
o)阴极侧电化学活性组分包括水和含氧气体；
p)阴极侧液体电解质是酸、碱或盐的水溶液；
q)阴极侧电子导电体包括多孔碳材料。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述电池为金属空气电池，所述金属空气电池优选为锂空气电池、钠空气电池、锌空气电池、钙空气电池或镁空气电池，更优选为锂空气电池。
本发明第二方面提供一种本发明任一项所述的电池的方法，其包括：以自然吸气、强制输气或自然吸气-强制输气混合的模式，通过输气装置向阴极结构内输送合适的气态氧化剂(例如含氧气体)的步骤；
优选地，以自然吸气的模式通过输气装置向阴极结构内输送合适的气态氧化剂时，输气装置依靠电池外部环境气压将气态氧化剂输送到阴极结构内；
优选地，以强制输气的模式通过输气装置向阴极结构内输送合适的气态氧化剂时，输气装置包括泵，输气装置依靠泵产生的气压将气态氧化剂输送到阴极结构内；
优选地，以自然吸气-强制输气的模式通过输气装置向阴极结构内输送合适的气态氧化剂时，输气装置包括至少两条独立的输气管道，至少一条输气管道将依靠电池外部环境气压将气态氧化剂输送到阴极结构内，至少另一条输气管道依靠泵产生的气压将气态氧化剂输送到阴极结构内。
本发明的有益效果：
本发明的各实施方案具有以下一项或多项有益效果：
1)一个或多个实施方案的电池的输气装置能够将气体输入阴极结构的内部，输气效率较高，能够大幅度提高电池的放电电流；
2)一个或多个实施方案的电池能够通过调整输气装置的输气量，调整放电电流大小；
3)一个或多个实施方案的电池能够实现大电流放电，表现出较高的功率；
4)一个或多个实施方案的电池具有较高的能量密度；
5)一个或多个实施方案的电池能够防止电池漏液问题的发生，提高电池的使用寿命；
6)一个或多个实施方案的电池的阴极侧电子导电体是亲水的，无需进行疏水处理；
7)一个或多个实施方案的电池可以采用自然吸气、强制输气或自然吸气-强制输气混合的方式向阴极结构提供气体；
8)一个或多个实施方案的运行电池的方法能够通过自然吸气、强制输气或自然吸气-强制输气混合的方式运行，有效调节电池的放电电流，提高电池的实用性，特别适合用于电动车辆领域。
附图说明：
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施方案及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为一个实施方案的电池的截面示意图；
图2为又一个实施方案的电池的截面示意图；
图3为又一个实施方案的电池的截面示意图。
各附图标记分别代表：阳极结构1、阳极侧电化学活性组分110、阳极侧电解质120、阴极结构2、阴极侧电化学活性组分210、阴极侧液体电解质220、阴极侧电子导电体230、输气装置3、输气管道310、出气口311、隔膜4、阴极侧电子导电体230的厚度d1、出气口311到阴极侧电子导电体230的距离d2。
具体实施方式
下面通过附图和实施方案，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
现在将详细提及本发明的具体实施方案。具体实施方案的例子图示在附图中。尽管结合这些具体的实施方案描述本发明，但应认识到不打算限制本发明到这些具体实施方案。相反，这些实施方案意欲覆盖可包括在由权利要求限定的发明精神和范围内的替代、改变或等价实施方案。在下面的描述中，阐述了大量具体细节以便提供对本发明的全面理解。本发明可在没有部分或全部这些具体细节的情况下被实施。在其它情况下，为了不使本发明不必要地模糊，没有详细描述熟知的工艺操作。
当与本说明书和附加权利要求中的“包括”、“方法包括”、“装置包括”或类似语言联合使用时，单数形式“某”、“某个”、“该”包括复数引用，除非上下文另外清楚指明。除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1所示，一个实施方案的电池包括：
阳极结构1，所述阳极结构1包括阳极侧电化学活性组分110和阳极侧电解质120，所述阳极侧电化学活性组分110包括以下物质中的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；
阴极结构2，所述阴极结构2包括阴极侧电化学活性组分210、阴极侧液体电解质220和阴极侧电子导电体230；
隔膜4，所述隔膜4位于阳极结构1和阴极结构2之间，并将阳极侧电解质120与阴极侧液体电解质220分隔，所述隔膜4是基本不透水的；和
输气装置3，所述输气装置3有输气管道310，所述输气管道310有出气口311，所述出气口311在所述阴极结构2内部。
在一个实施方案中，上述电池是锂空气电池，其具有以下特征：
a)阳极侧电化学活性组分110是锂；
b)阳极侧电解质120是有机液体电解质；
c)隔膜4包括锂离子固体电解质；
d)阴极侧电化学活性组分210包括水和含氧气体；
e)阴极侧液体电解质220是碱或盐的水溶液；
f)阴极侧电子导电体230包括多孔碳材料。
在一个实施方案中，上述电池在放电时，在阳极侧：阳极侧电化学活性组分110(Li)失去一个电子，变成Li+溶入到阳极侧电解质120(有机液体电解质内)。Li+通过隔膜4(锂离子固体电解质)，进入到阴极侧液体电解质220(碱或盐的水溶液)中，并扩散到阴极侧电子导电体230(多孔碳材料)附近。在阴极侧电子导电体230附近：通过输气装置3从外部输送到阴极结构2内的O2获得电子变成O2-，与H2O反应形成OH-，OH-与附近的Li+结合形成LiOH，LiOH溶解在阴极侧液体电解质220(碱或盐的水溶液)中。阴极反应和阳极反应持续进行，持续给外电路供电。
在一个实施方案中，所述出气口311浸入在所述阴极侧液体电解质220中。
在一个实施方案中，至少部分输气管道310浸入在所述阴极侧液体电解质220中。
在一个实施方案中，电池工作时，输气装置3将含氧气体通过输气管道310的出气口311输送到阴极结构2(例如阴极侧液体电解质220)的内部。含氧气体从阴极结构2的内部向外部扩散，途经阴极侧电子导电体230与阴极侧液体电解质220接触的固液界面，氧气在上述固液界面上发生阴极电化学反应，未反应的含氧气体则通过多孔的阴极侧电子导电体230，扩散到环境中。
对于没有输气装置的电池，含氧气体仅能由外至内地、自然地扩散到阴极结构的内部，这种扩散速度较慢，单位时间参与反应的物质的量较少，电池的放电电流较小。上述实施方案的电池，能够通过输气装置3先将含氧气体输送到阴极结构2内部，再使阴极结构2内部的气体由内至外地输出，这种输入方式效率较高，单位时间参与电化学反应的物质的量多，能有效提高电池的放电电流。通过控制阴极侧电化学活性组分-含氧气体的进入量，还能进一步控制阴极电化学反应的强弱程度。例如，通入含氧气体的速度快，单位时间内参与反应的活性物质的量大，放电电流相对大；通入含氧气体的速度慢，单位时间内参与反应的活性物质的量小，放电电流相对小。通过调整含氧气体的进入量，实现电池输出电流大小的控制，既能满足一般功率放电的需要，也能满足大功率放电的需要。
在一个实施方案中，所述输气装置3包括一条或多条输气管道310，例如1～10条输气管道310。
在一个实施方案中，所述输气管道310有一个或多个出气口311，例如1～10个出气口311。
在一个实施方案中，输气管道310或出气口311可以以合适的排列方式进行排布。
图2和图3示出另外两个实施方案的锂空气电池。
如图2所示，在一个实施方案中，输气管道310穿透阴极结构2的侧部进入到阴极结构2中。
如图2所示，在一个实施方案中，输气管道310穿透阴极结构2的侧壁，输气管道310的一部分平行于阴极侧电子导电体230。出气口311浸入在阴极侧液体电解质220中，朝向阴极侧电子导电体230。电池工作时，出气口311朝向阴极侧电子导电体230释放含氧气体。
在一个实施方案中，上述实施方案的电池，可以从输气管道310的两侧同时输气，也可以从输气管道310的一侧输气。
如图3所示，在一个实施方案中，输气管道310穿透阴极结构2的上部进入到阴极结构2中。
如图3所示，在一个实施方案中，输气管道310穿透阴极侧电子导电体230。输气管道310的一部分平行于阴极侧电子导电体230。出气口311浸入在阴极侧液体电解质220中，朝向阴极侧电子导电体230。电池工作时，出气口311朝向阴极侧电子导电体230释放含氧气体。
多个输气管道或出气口有利于含氧气体的充分地输入到阴极结构2中，能够满足大面积的阴极侧电子导电体对氧气的需求。
在一个实施方案中，出气口311朝向或背向阴极侧电子导电体230，优选出气口311还可以朝向其它任意方向。
多个不同方向的出气口大大加强了氧输送的量，使锂空气电池的大电流放电性能得到进一步的提升。
在一个实施方案中，所述输气管道310为曲线形管道，例如螺旋形管道，蛇形管道或环形管道。
曲线形的输气管道310上能够分布更多的出气口311，从而能够提高含氧气体的输入量。
在一个实施方案中，输气管道310和/或出气口311位于阴极侧电子导电体230下方。
在一个实施方案中，出气口311距离阴极侧电子导电体230的距离d2为0～100mm，例如0.1～50mm，例如1～10mm。
在一个实施方案中，输气管道310距离阴极侧电子导电体230的距离为0～100mm，例如0.1～50mm，例如1～10mm。
在一个实施方案中，出气口311的口径大小为0.1mm以上，例如0.1-10mm，例如0.5～5mm，再例如0.5～1mm。
出气口的口径较细，释放出的气泡较小，从而气体更容易进入阴极侧电子导电体230的孔隙内部，与阴极侧液体电子导电体230充分接触，提升了空气阴极的反应速率。
在一个实施方案中，输气管道310与出气口311之间设有导管，导管的长度为1-50mm，导管的内径为0.5-9mm。
在一个实施方案中，输气管道310的内径在0.1-10mm(例如1～5mm)之间，输气管道的外径在0.1-10mm(例如1～5mm)之间。
在一个实施方案中，输气管道310的材料包括选自玻璃、石英、塑料、不锈钢、钛、钼和钨中的一种或多种。
在一个实施方案中，输气管道310上设置有只能空气出气，液体不能进入的开关。有气体释放时，开关打开；停止工作时，开关闭合。所述开关优选是单向阀。
在一个实施方案中，输气装置3包括用于输气的泵。泵优选能够调节输出气口311的出气压力。
在一个实施方案中，输气管道310不与电子导电体230电连接。
在一个实施方案中，所述电池工作时，阴极结构2位于阳极结构1的上方。
在一个实施方案中，所述电池工作时，阴极侧电子导电体230位于阴极侧液体电解质220上方。
该电池工作时，含氧气体从阴极结构2由内至外扩散时，能更充分地阴极侧电子导电体230接触，进而提高参加电化学反应的物质的量。同时，阴极侧液体电解质220也不容易从阴极侧电子导电体230处的泄漏，防止了“漏液问题”的发生，进而改善了锂空气电池的寿命。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230的厚度d1为10mm以上，优选50mm以上，例如50-200mm。
对于没有输气装置的锂空气电池，由于含氧气体需要透过阴极侧电子导电体与阴极侧液体电解质接触，因此阴极侧电子导电体的厚度通常不能太厚，例如不大于2mm。本实施方案的电池的有益效果在于，阴极侧电子导电体230的厚度可以比较大，这使得阴极侧电子导电体230浸入阴极侧液体电解质220的体积比较大，进而提高了阴极侧电子导电体230与阴极侧液体电解质220的接触面积，进而提高了阴极电化学反应的界面面积，从而提高了电池的大电流放电能力。而且，由于含氧气体能够通入输气装置3进入到阴极结构2中，不会因为阴极侧液体电解质230的厚度较大而影响含氧气体向阴极结构2中的输送。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230是多孔的。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230是亲水的。该电子导电体无需进行疏水处理。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230中的材料包括选自碳材料、粘结剂、非碳多孔氧化物和催化剂中的一种或多种，优选包括碳材料和粘结剂。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230含有催化剂或被催化剂处理，优选能够催化阴极侧电化学反应。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230中的材料包括碳材料，所述碳材料包括选自:乙炔炭黑、炭黑、活性碳、木炭、焦炭、介孔碳、纤维碳、碳凝胶、碳泡沫、介孔碳微粒、碳纳米管、碳纳米线、碳纤维、石墨、石墨烯、氧化石墨烯和石墨炔中的一种或多种；
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230中的材料包括非碳多孔材料，所述非碳多孔材料包括选自：多孔氧化物、沸石类多孔材料、金属-有机骨架材料(MOF)中的一种或多种。
在一个实施方案中，多孔氧化物包括选自：多孔SnO2、多孔SiO2、多孔CeO2、多孔Y2O3、多孔TiO2、多孔FexTi1-xO2(0＜x＜1)中的一种或多种。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230的材料包括催化剂，所述催化剂包括选自：贵金属、过渡金属氧化物或钙钦矿型物质中的一种或多种。
在一个实施方案中，贵金属包括选自：Pt、Pd、Au或Ru中的一种或多种。
在一个实施方案中，过渡金属氧化物包括选自：NiO、Co3O4、RuO2、Fe2O3中的一种或多种。
在一个实施方案中，阴极侧电子导电体230的材料包括粘结剂
在一个实施方案中，所述粘结剂是水性粘接剂，例如丁苯橡胶(SBR)，水性聚偏二氟乙烯乳液或聚四氟乙烯乳液。
在一个实施方案中，所述阳极结构1和/或阴极结构2还包括集流体；
优选地，阳极结构1的集流体与阳极侧电化学活性组分110电连接；
优选地，阴极结构2的集流体与阴极侧电子导电体230电连接。
在一个实施方案中，所述集流体为金属网、碳网或泡沫镍，金属网或碳网的目数优选为10-1000目，金属网可以是铝网、钛网或铁网。
在一个实施方案中，所述活性金属包括碱金属、碱土金属和过渡金属中的一种或多种。
在一个实施方案中，所述活性金属包括选自Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Zn中的一种或多种；优选活性金属包括Li。
在一个实施方案中，所述活性金属离子包括选自Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Ba2+、Zn2+中的一种或多种
在一个实施方案中，所述活性金属合金包括：含有Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Zn中的一种或多种元素的合金；优选包括：由选自Li、Na、K、Ca、Mg、Ba、Zn中的一种或多种元素和选自Sn、Si、Zn、Al、Sb、Ge、Pb、Mg、Ca、As、Bi、Pt、Ag、Au、Cd、Hg等中的一种或多种金属构成的二元或三元以上的合金；优选包括选自锂铝合金、锂硅合金、锂锡合金、和锂银合金中的一种或多种。
在一个实施方案中，所述活性金属嵌入材料为锂碳化合物或碳。
在一个实施方案中，阳极侧电解质为有机液体电解质。
在一个实施方案中，所述有机液体电解质优选为溶有锂盐的有机溶剂。有机溶剂优选包括以下物质中的一种或多种：乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述隔膜是固体隔膜，
优选地，所述隔膜4包括固体电解质；
优选地，所述隔膜4包括选自：钙钛矿型固体电解质、石榴石型固体电解质、LISICON型固体电解质、Thio-LISICON型固体电解质、NASICON型固体电解质、LiPON型固体电解质中的一种或多种。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，所述隔膜4包括选自以下固体电解质中的一种或多种：
钙钛矿(PEROVSKITE)型固体电解质，例如Li0.5-3xLa0.5+xTiO3；
石榴石(GARNET)型固体电解质，例如Li7La3Zr2O12、Li5La3M2O12)；
LISICON型固体电解质，例如Li14Zn(GeO4)4；
Thio-LISICON型固体电解质，例如Li4GeS4、Li2S-P2S5、Li3.25Ge0.25P0.75S4；
NASICON型固体电解质，例如LiM2(PO4)3(M＝Ti、Ge、Zr)；
LiPON型固体电解质。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，隔膜4的离子电导率为至少10-7S/cm，例如至少10-6S/cm，例如至少10-5S/cm，例如高至10-4S/cm，例如高至10-3S/cm或更高。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，隔膜4与含水液体电解质化学相容。优选地，隔膜与含水液体电解质接触时，不会反应形成对电池运行有害的产物。
在一个实施方案中，本发明任一项的电池，隔膜4基本无间隙。
在一个实施方案中，一种运行任一项实施方案中所述的电池的方法，其包括：以自然吸气、强制输气或自然吸气-强制输气混合的模式，通过输气装置3向阴极结构2内输送合适的气态氧化剂(例如含氧气体)的步骤。
在一个实施方案中，以自然吸气的模式将含氧气体(例如空气)通过输气装置3输送到阴极结构2内，即不通过泵的加压，仅依赖大气压将空气通过输气装置3输入阴极结构2。若该电池应用于电动车，输气装置3有朝向电动车的前方的进气口，在电动车行驶时，随着车速的加快，单位时间进气量也随之加大，参加反应的氧气的量随之提高，从而能够满足高车速行驶所需的电流的大小。
在一个实施方案中，以强制输气的模式通过输气装置3将含氧气体(例如空气)输送到阴极结构2内，例如使用泵将含氧气体(例如空气)输送通过输气装置3到阴极结构2内。若该电池应用于电动车，在启动或爬坡时，行驶速度不高，若仅采用自然吸气的方式不能满足电池的大电流的输出，此时，可采用强制气流输气的方式，用泵将较多的含氧气体(例如空气)通过输气装置3输送到阴极结构2内，提高参加反应的氧气的量，满足电动车的行驶要求。
在一个实施方案中，还可以采用自然吸气-强制输气混合的模式将含氧气体(例如空气)通过输气装置3输送到阴极结构2内，输气装置3包括至少两条独立的输气管道，至少一条输气管道按自然吸气的方式向阴极结构2内输送含氧气体，至少另一条输气管道按强制输气的方式向阴极结构2内输送含氧气体。该方法发挥各种输送方式的优点，避免各种输送方式的缺点，从而提高了锂空气电池的实用性。
上述运行电池的方法能有效调节电池的放电电流，特别适合用于电动车辆领域。
最后应当说明的是：以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施方案对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (16)

1.一种电池，包括：
阳极结构(1)，所述阳极结构(1)包括阳极侧电化学活性组分(110)和阳极侧电解质(120)，所述阳极侧电化学活性组分(110)包括以下物质中的一种或多种：活性金属单质、活性金属离子、活性金属合金和活性金属嵌入材料；
阴极结构(2)，所述阴极结构(2)包括阴极侧电化学活性组分(210)、阴极侧液体电解质(220)和阴极侧电子导电体(230)；
隔膜(4)，所述隔膜(4)位于阳极结构(1)和阴极结构(2)之间，并将阳极侧电解质(120)与阴极侧液体电解质(220)分隔，所述隔膜(4)是基本不透水的；和
输气装置(3)，所述输气装置(3)有输气管道(310)，所述输气管道(310)有出气口(311)，所述出气口(311)在所述阴极结构(2)内部。
2.根据权利要求所述1的电池，所述输气管道(310)和/或出气口(311)浸入在所述阴极侧液体电解质(220)中。
3.根据权利要求1所述的电池，其具有以下一项或多项特征：
a)所述出气口(311)的口径为0.1mm以上，例如0.5～10mm；
b)所述出气口(311)到所述阴极侧电子导电体(230)的距离(d2)为0～100mm，例如0.1-50mm；
c)所述出气口(311)朝向或背向所述阴极侧电子导电体(230)。
4.根据权利要求1所述的电池，其具有以下一项或多项特征：
d)所述输气管道(310)为曲线形管道，例如螺旋形管道，蛇形管道或环形管道；
e)所述输气管道(310)的材料包括选自玻璃、石英、塑料、不锈钢、钛、钼和钨中的一种或多种；
f)所述输气管道(310)上设置有只允许气体流出不允许液体流入的开关，所述开关优选为单向阀；
g)输气管道(310)不与电子导电体(230)电连接。
5.根据权利要求1所述的电池，所述输气装置(3)包括用于输气的泵。
6.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧电化学活性组分(210)包括气态氧化剂；
优选地，所述气态氧化剂是水溶性的；
优选地，所述气态氧化剂包括空气、O2、SO2和NO2中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的电池，所述输气装置(3)用于向所述阴极结构(2)中输入所述气态氧化剂。
8.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧电化学活性组分(210)包括水。
9.根据权利要求1所述的电池，所述电池工作时，所述阴极侧电子导电体(230)位于阴极侧液体电解质(220)上方。
10.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧电子导电体(230)的材料包括碳材料、粘结剂、非碳多孔材料和催化剂中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的电池，其具有以下一项或多项特征：
h)所述阴极侧电子导电体(230)是亲水的；
i)所述阴极侧电子导电体(230)的是多孔的；
j)所述阴极侧电子导电体(230)的厚度(d1)为5mm以上，例如10～200mm；
k)所述阴极侧电子导电体(230)含有催化剂或被催化剂处理。
12.根据权利要求1所述的电池，所述阴极侧液体电解质(220)为含水液体电解质。
13.根据权利要求1所述的电池，所述阳极侧电解质为(120)为非水液体电解质或固体电解质。
14.根据权利要求1～13任一项所述的电池，其具有以下一项或多项特征：
l)阳极侧电化学活性组分(110)是锂；
m)阳极侧电解质(120)是有机液体电解质；
n)隔膜(4)包括锂离子固体电解质；
o)阴极侧电化学活性组分(210)包括水和含氧气体；
p)阴极侧液体电解质(220)是酸、碱或盐的水溶液；
q)阴极侧电子导电体(230)包括多孔碳材料。
15.根据权利要求1～13任一项所述的电池，所述电池为金属空气电池，所述金属空气电池优选为锂空气电池、钠空气电池、锌空气电池、钙空气电池或镁空气电池。
16.一种运行权利要求1～15任一项所述的电池的方法，其包括：以自然吸气、强制输气或自然吸气-强制输气混合的模式，通过输气装置(3)向阴极结构(2)内输送合适的气态氧化剂的步骤；
优选地，以自然吸气的模式通过输气装置(3)向阴极结构(2)内输送合适的气态氧化剂时，输气装置(3)依靠电池外部环境气压将气态氧化剂输送到阴极结构(2)内；
优选地，以强制输气的模式通过输气装置(3)向阴极结构(2)内输送合适的气态氧化剂时，输气装置(3)包括泵，输气装置(3)依靠泵产生的气压将气态氧化剂输送到阴极结构(2)内；
优选地，以自然吸气-强制输气的模式通过输气装置(3)向阴极结构(2)内输送合适的气态氧化剂时，输气装置(3)包括至少两条独立的输气管道，至少一条输气管道将依靠电池外部环境气压将气态氧化剂输送到阴极结构(2)内，至少另一条输气管道依靠泵产生的气压将气态氧化剂输送到阴极结构(2)内。
CN201610969359.9A 2016-11-07 2016-11-07 一种电池及运行该电池的方法 Pending CN106410331A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610969359.9A CN106410331A (zh) 2016-11-07 2016-11-07 一种电池及运行该电池的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610969359.9A CN106410331A (zh) 2016-11-07 2016-11-07 一种电池及运行该电池的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106410331A true CN106410331A (zh) 2017-02-15

Family

ID=58014654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610969359.9A Pending CN106410331A (zh) 2016-11-07 2016-11-07 一种电池及运行该电池的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106410331A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114806659A (zh) * 2021-01-19 2022-07-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 煤制甲烷电化学合成器及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175894A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Polyplus Battery Company Protected active metal electrode and battery cell structures with non-aqueous interlayer architecture
CN103259065A (zh) * 2013-05-03 2013-08-21 中国科学院长春应用化学研究所 锂-空气二次电池组空气管理系统
CN103384929A (zh) * 2010-11-05 2013-11-06 佛罗里达州立大学研究基金有限公司 碱金属-空气液流电池
CN204441388U (zh) * 2015-03-09 2015-07-01 扬州雷鸥电业有限公司 并联呼吸型双板仓固体碳燃料电池堆
CN204741057U (zh) * 2015-05-14 2015-11-04 云南冶金科技（美国）有限公司 一种压气式受控金属空气电池
CN205081192U (zh) * 2015-11-03 2016-03-09 中国第一汽车股份有限公司 一种金属空气电池用进气辅助装置
CN105900263A (zh) * 2013-08-15 2016-08-24 罗伯特·博世有限公司 具有结构化表面间隔体的锂/金属电池单元
CN206134890U (zh) * 2016-11-07 2017-04-26 珠海格力电器股份有限公司 一种电池

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050175894A1 (en) * 2004-02-06 2005-08-11 Polyplus Battery Company Protected active metal electrode and battery cell structures with non-aqueous interlayer architecture
CN103384929A (zh) * 2010-11-05 2013-11-06 佛罗里达州立大学研究基金有限公司 碱金属-空气液流电池
CN103259065A (zh) * 2013-05-03 2013-08-21 中国科学院长春应用化学研究所 锂-空气二次电池组空气管理系统
CN105900263A (zh) * 2013-08-15 2016-08-24 罗伯特·博世有限公司 具有结构化表面间隔体的锂/金属电池单元
CN204441388U (zh) * 2015-03-09 2015-07-01 扬州雷鸥电业有限公司 并联呼吸型双板仓固体碳燃料电池堆
CN204741057U (zh) * 2015-05-14 2015-11-04 云南冶金科技（美国）有限公司 一种压气式受控金属空气电池
CN205081192U (zh) * 2015-11-03 2016-03-09 中国第一汽车股份有限公司 一种金属空气电池用进气辅助装置
CN206134890U (zh) * 2016-11-07 2017-04-26 珠海格力电器股份有限公司 一种电池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114806659A (zh) * 2021-01-19 2022-07-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 煤制甲烷电化学合成器及方法
CN114806659B (zh) * 2021-01-19 2023-08-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 煤制甲烷电化学合成器及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1894821B (zh) 活性金属/含水电化学电池和系统
US8323817B2 (en) Alkali metal seawater battery
US5545492A (en) Electrochemical apparatus for power delivery utilizing an air electrode
CN1211874C (zh) 用于空气－金属电池组的催化空气阴极
CN105591177B (zh) 用于金属-空气电池的水增强离子液体电解质
JPH11502900A (ja) クーロン効果による電気化学的なガス発生装置
CN107017450B (zh) 铝空气电池
CN102844932A (zh) 电化学电池以及特别是利用电沉积燃料的电池
JP2012028017A (ja) 金属−空気電池システム
WO2015004069A1 (en) Rechargeable zinc-air flow battery
EP1297583B1 (en) Metal fuel cell with movable cathode
US10320033B2 (en) Alkali metal ion battery using alkali metal conductive ceramic separator
KR20200053998A (ko) 금속-공기 전지
CN206134890U (zh) 一种电池
CN106410331A (zh) 一种电池及运行该电池的方法
KR101015698B1 (ko) 분말형 연료 전지
US9472833B1 (en) Methods and apparatuses relating to zinc-air batteries
Martin et al. Air cathodes for metal-air batteries and fuel cells
Park et al. How to maximize the potential of Zn–air battery: toward acceptable rechargeable technology with or without electricity
CN215418236U (zh) 一种空气电池正极
CN110224138A (zh) 一种新型的锂硫二次电池
WO2024084981A1 (en) Cartridge-type anode unit for zinc-air fuel cell
US20220223945A1 (en) Metal-air battery and operating method of the metal-air battery
CN107069148A (zh) 一种电池
CN113270590A (zh) 一种空气电池正极

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination