CN106898844A - 一种金属/空气电池及电池堆 - Google Patents

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孙公权
齐鹭汀
王二东
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    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode

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Abstract

本发明公开了一种金属/空气电池，包括一长方体电池壳体、一金属阳极和两片空气阴极，长方体电池壳体由一电池主壳体和一电池上盖扣合后形成，两片空气阴极分别置于电池主壳体相对两侧的侧壁上，两片空气阴极的一侧表面与空气接触，金属阳极与所述空气阴极平行置于所述电池主壳体中，空气阴极、金属阳极与电池主壳体间形成一电解液腔。电池主壳体与电池上盖连接处设置有一液体密封材料；所述液体密封材料包括具有弹性形变的多孔材料和填充至其内部的吸液溶胀性高分子化合物。与现有技术相比，本发明的金属/空气电池具有密封性能良好，便于携行、运输，可在环境恶劣的实际工况条件下使用等优点。

Description

一种金属/空气电池及电池堆
技术领域
本发明涉及金属/空气电池领域，具体的说涉及一种具有良好密封性能的金属/空气电池。
背景技术
金属/空气电池具有能量密度高、输电品质好、干态存储时间长、价格低廉、使用安全、环境友好等众多优点。金属/空气电池采用金属镁、铝、锌作为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液或盐溶液作为电解质溶液，是一种把金属燃料的化学能转化为电能的电化学反应装置。
机械更换式金属/空气电池采用多次更换金属燃料的方式，实现电池的连续放电。然而对于机械更换式金属/空气电池，电池的密封问题是一直影响其实际应用的一个难题。金属/空气电池常采用电导率较高的碱性氢氧化钾水溶液作为电解质溶液，当电池组倾斜一定角度、机械振动过程中会造成电解液泄露，不利于电池组携行使用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，发明了一种具有液体密封材料的金属/空气电池。本发明采用以下技术方案来实现。
一种金属/空气电池，包括一长方体电池壳体、一金属阳极和两片空气阴极；所述长方体电池壳体由一上端开口的电池主壳体和一扣合于开口端的电池上盖构成；所述两片空气阴极分别置于电池主壳体相对两侧的侧壁上，且所述两片空气阴极的一侧表面(远离阳极一侧表面)与空气接触，所述金属阳极与所述空气阴极平行置于所述电池主壳体中，所述电池主壳体、空气阴极、金属阳极之间形成一电解液腔；
于所述电池主壳体与电池上盖连接处设置有一环状液体密封材料；所述液体密封材料包括具有弹性形变的多孔材料和填充至其孔道内部的吸液溶胀性高分子化合物。所述多孔材料其机械强度较低，质软，易于发生弹性形变，有利于密封。
所述液体密封材料通过形变挤压设置于所述电池主壳体开口端与所述电池上盖之间。当电池组倾斜一定角度、机械振动过程中，电解液会首先流动到液体密封材料处，液体密封材料中的吸液溶胀性高分子材料将发生吸液溶胀，从而堵住所述电池主壳体和电池盖体之间的接口，形成密封保护。
所述液体密封材料中的吸液溶胀性高分子化合物的粘度在5-30Pa·s之间；高分子化合物吸收碱液(氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或二种以上的水溶液，溶液中氢氧根离子的浓度为4mol/L-7.5mol/L)后体积溶胀；粒径在50目-300目之间。具有所述粘度的高分子化合物在吸液溶胀后与电池壳体粘联，使密封效果更为明显。高分子材料的吸液溶胀性和粒径大小决定了密封效果的好坏，溶胀性过大或粒径过大，均易造成多孔材料变形过大而影响密封效果，而溶胀过小或粒径过小，均易造成无法堵住多孔材料中的孔而同样影响密封效果。
所述液体密封材料中的多孔材料的孔隙率为50％-95％；吸液性高分子化合物的填充量为多孔材料的孔体积的30％-95％。
所述液体密封材料中的多孔材料及吸液溶胀性高分子化合物于所述电解液中具有化学稳定性。即多孔材料及吸液溶胀性高分子化合物不应在所述电解液，如强氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液或氯化钠水溶液中发生反应，同时也不应溶解于所述电解液中。
所述液体密封材料中的吸液溶胀性高分子化合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、黄原胶、卡拉胶、聚乙烯醇中的一种或两种以上。
所述液体密封材料中的多孔材料为聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚醚酯材料中的一种。
所述金属阳极可机械更换，且所述液体密封材料可在金属阳极更换后再次利用。再次利用由于降低成本，同时这种密封材料的应用也有利于电池阳极更换后的快速密封。
所述金属/空气电池组成的金属/空气电池堆，由2个以上的所述金属/空气电池串联或并联或串并混联连接而成。将所述密封材料应用于金属/空气电池堆后，有利于电池堆阳极更换效率的提高。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有密封效果好，有效解决了电池实际应用过程中电解液泄露问题，安装工艺简单，易于使用，有利于提高金属阳极更换效率等优点，增强电了池组实际工况下使用能力，对电池及环境无污染等优点。
附图说明
图1金属/空气电池结构示意图，其中1为金属阳极，2为空气阴极，3为电池上盖，4为一液体密封材料，5为金属阳极引出线。
图2金属/空气电池液体密封材料示意图，其中6为吸液溶胀性高分子化合物，7为具有弹性形变的多孔材料。
具体实施方式
实施例1：
图1为本发明所述的金属/空气电池结构，主要由一电池主壳体和一电池上盖扣合后构成的长方体电池壳体，空气阴极分别置于电池主壳体相对两侧的侧壁上，金属阳极与所述空气阴极平行置于所述电池主壳体中，空气阴极、金属阳极与电池主壳体间形成一电解液腔。液体密封材料由15g聚丙烯酸钠填充至5g聚氨酯材料中制备而成，置于锌阳极与电池上盖之间。密封材料置于金属阳极和电池上盖之间，在密封材料上部打孔，将金属阳极引出线从孔洞中引出，并采用胶水将孔洞处密封。
单电池倾斜一定角度或者机械振动时KOH溶液接触至密封条时，高分子化合物吸收碱液体积溶胀，将多孔材料内部孔隙进一步填充并与多孔材料形成致密阻挡碱液保护层。将金属/空气电池旋转180°放置12h,单电池未漏液。
对比例：
同本发明所述的金属/空气电池相比，在单电池各组成部件相同的条件下，传统密封方式为在电池上盖处添加橡胶密封垫来实现防止碱液泄露功能，但由于本电池为半永久密封，橡胶材料在实现密封的前提下应易于和电池壳体分离。橡胶密封垫密封效果不佳，在电池倾斜一定角度或者剧烈机械振动时，碱液发生一定程度的泄露。而本发明中的液体密封材料，利用溶胀性高分子化合物在多孔材料内部吸收碱液后形成致密的阻挡碱液泄露层，易于和电池壳体侧壁粘接，起到了较佳密封效果，当外力作用密封材料时，还可将其与单池壳体分离，密封材料可多次使用。本发明所述的金属/空气电池密封效果较佳，便于电池组携行使用。

Claims (8)

1.一种金属/空气电池，其特征在于：
包括一长方体电池壳体、一金属阳极和两片空气阴极；所述长方体电池壳体由一上端开口的电池主壳体和一扣合于开口端的电池上盖构成；所述两片空气阴极分别置于电池主壳体相对两侧的侧壁上，且所述两片空气阴极的一侧表面与空气接触，所述金属阳极与所述空气阴极平行置于所述电池主壳体中，所述电池主壳体、空气阴极、金属阳极之间形成一电解液腔；
于所述电池主壳体与电池上盖连接处设置有一液体密封材料；所述液体密封材料包括具有弹性形变的多孔材料和填充至其孔道内部的吸液溶胀性高分子化合物。
2.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料通过形变挤压设置于所述电池主壳体开口端与所述电池上盖之间。
3.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料中的吸液溶胀性高分子化合物的粘度在5-30Pa·s之间；高分子化合物吸收碱液后体积溶胀；粒径在50目-300目之间。
4.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料中的多孔材料的孔隙率为50％-95％；吸液性高分子化合物的填充量为多孔材料的孔体积的30％-95％。
5.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料中的多孔材料及吸液溶胀性高分子化合物于所述电解液中具有化学稳定性。
6.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料中的吸液溶胀性高分子化合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、黄原胶、卡拉胶、聚乙烯醇中的一种或两种以上。
7.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述液体密封材料中的多孔材料为聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚醚酯材料中的一种。
8.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述金属阳极可机械更换，且所述液体密封材料可在金属阳极更换后再次利用。
一种由权利要求1所述金属/空气电池组成的金属/空气电池堆，其特征在于：由2个以上的所述金属/空气电池串联或并联或串并混联连接而成。
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