CN108417932A - 单体金属-空气电池及其构成的电堆 - Google Patents

Abstract

一种单体金属‑空气电池，两片空气电极（1）分别密封地嵌入在电池腔体（2）的前端面和后端面的开口上，经电池腔体边框上的空气电极导电卡套（1‑2）相连接；金属阳极（3）插入在电池腔体内，有间距地位于所述两片空气电极（1）之间，金属阳极导电片3‑1穿过电池腔体压盖（4），与空气电极导电片（1‑1）互相平行地插入单体电池导电连接插板（6）的导电插槽（6‑0）内形成该单体金属‑空气电池的正、负极引出端。该金属‑空气电池结构，导电连接效果好、接触电阻小、操作简便，适合金属‑空气电池电堆的快速组装和拆卸。

Description

单体金属-空气电池及其构成的电堆

技术领域

本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种金属-空气电池及其构成的电堆的结构及导电连接方法。

背景技术

随着环境保护的加强，绿色、安全、高性能的金属-空气电池越来越受到关注。金属-空气电池是一种将蕴藏在金属材料内部的化学能转变为电能的发电装置，也称金属燃料电池，由于制造成本低、无毒、比能量高、原材料可回收利用、性能优越等众多优势，是一种新型高性能绿色电源，具有广阔的发展前景。

金属-空气电池的结构对其性能及应用有着非常重要的影响。单体金属-空气电池可以独立发电，也可以将一定数量的单体金属-空气之间进行电串联或者电并联组成电堆，以获得更高的输出功率和输出电压。目前，单体金属-空气电池之间的电串联或者电并联，或者是通过焊接金属导线的方式进行连接，或者是借助于螺钉-螺帽进行导线连接。这种电串联或者电并联的导电连接方式不仅操作繁琐、费时费力，而且连接部位电阻大、可靠性低，不仅影响金属-空气电池的实际应用，也降低其输出功率。

为解决上述问题，在题为“单体金属-空气电池及由其构成的电堆及电堆组”中国发明专利申请（CN 201710373151.5）中公开一种单体金属-空气电池：其包括两片空气电极板、一片金属阳极板、上端开口的电池腔体和盖在电池腔体上端的电池腔体端盖；电池腔体的前端面和后端面对应设置有开口，两片所述的空气电极板分别密封地嵌入在电池腔体的前端面和后端面的开口上，并且与设置在所述电池腔体边框上的电极导电卡套相连接；所述金属阳极板插入在电池腔体内，位于所述两片空气电极板之间，且金属阳极板与两片空气电极板之间不接触；一体形成在金属阳极板上端面上的阳极导电极柱贯穿所述电池腔体端盖位于电池腔体端盖的外侧，所述电极导电卡套上连接有空气电极导电极柱。

用数个所述单体金属-空气电池排列组成电堆时，各单体金属-空气电池的空气电极导电极柱和金属阳极导电极一一对应地安插在导电极柱连接插板上的导电孔中，所述导电极柱连接插板的导电孔通过位于导电极柱连接插板内的导电连接件将数个所述单体金属-空气电池进行电并联或电串联，以此解决所述通过焊接金属导线的方式进行连接，或者是借助于螺钉-螺帽进行导线连接等操作繁琐、费时费力等问题。

上述发明专利申请（CN 201710373151.5）中采用导电极柱以及导电孔，仍不能很好地适应金属-空气电池电堆大功率甚至超大功率放电时的导电连接需要。此外，当电堆中单体金属-空气电池的数量很大时，由于需要将大量导电极柱与导电孔之间对中后才能插入导电极柱连接插板，这不仅要求电堆中单体金属-空气电池之间排列整齐规则，也要求单体电池以及导电极柱连接插板的制造尺寸精度高。

发明内容

本发明的目的是提供一种单体金属-空气电池，包括两片空气电极、一片金属阳极、上端开口的电池腔体和盖在电池腔体上端的电池腔体压盖；所述的两片空气电极分别密封地嵌入在电池腔体的前端面和后端面的开口上，经所述电池腔体边框上的空气电极导电卡套相连接；所述金属阳极板插入在电池腔体内，有间距地位于所述两片空气电极板之间，尤其是：有一片所述空气电极的空气电极导电片高出所述电池腔体顶端面；所述金属阳极上端的金属阳极导电片穿过电池腔体压盖，与所述空气电极导电片互相平行地插入位于电池腔体压盖上方的单体电池导电连接插板的导电插槽内；所述单体电池导电连接插板的一个导电连接外片与空气电极导电片紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的正极引出端，单体电池导电连接插板的另一个导电连接外片与金属阳极导电片紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的负极引出端。

更佳的是，所述金属阳极是板状或片状结构，其上部的金属阳极导电片有向左右两侧延伸出凸耳；所述金属阳极穿过电池腔体压盖的开口时，所述金属阳极导电片的凸耳卡在电池腔体压盖内，将所述金属阳极固定在电池腔体内。

更佳的是，还包括金属阳极压块；所述金属阳极是板状或片状结构，其上部为弯折结构：所述金属阳极导电片经折边与位于所述电池腔体内的金属阳极反应区不在同一平面；所述电池腔体压盖的一侧，设置有和与所述折边相适配的凹槽；所述金属阳极反应区经电池腔体压盖的凹槽（4-1）外侧进入电池腔体时，所述金属阳极的折边卡在电池腔体压盖的凹槽底部，所述金属阳极压块嵌入电池腔体压盖的凹槽，压覆在金属阳极的折边上，将金属阳极固定在电池腔体内。

更佳的是，所述单体电池导电连接插板包括绝缘材质的绝缘基体和两个导电连接外片；所述的两个导电连接外片将所述单体电池导电连接插板的绝缘基体夹持在其之间，形成导电插槽；两个导电连接外片分别与插入导电插槽（6-0 ）中的空气电极导电片和金属阳极导电片之间导电连接，成为单体金属-空气电池的正极引出端和负极引出端。

更佳的是，所述单体电池导电连接插板包括绝缘材质的绝缘基体和两个导电连接外片；所述绝缘基体底部设置有向上凹陷的导电插槽，所述导电连接外片的一端弯折成与导电插槽（6-0）两侧槽壁（6-0-2）相适配的槽形结构（6-2-0）；所述绝缘基体（6-1）的两侧的槽壁（6-0-2）嵌入导电连接外片（6-2）的槽形结构（6-2-0）中连接为一体，所述导电连接外片的另一端分别竖立于绝缘基体两侧；两个导电连接外片分别与单体金属-空气电池的空气电极导电片和金属阳极导电片之间导电连接，成为单体金属-空气电池的正极引出端和负极引出端。

更佳的是，所述单体电池导电连接插板的绝缘基体中设置有中空区域。

本发明还提供一种金属-空气电池电堆，包括N个单体金属-空气电池，其中N≥2，所述单体金属-空气电池包括两片空气电极、一片金属阳极、上端开口的电池腔体和盖在电池腔体上端的电池腔体压盖；所述的两片空气电极板分别密封地嵌入在电池腔体的前端面和后端面的开口上，经设置在所述电池腔体边框上的空气电极导电卡套相连接；所述金属阳极插入在电池腔体内，有间距地位于所述两片空气电极之间，尤其是，有一片所述空气电极的空气电极导电片高出所述电池腔体顶端面；所述金属阳极上端的金属阳极导电片穿过电池腔体压盖，与所述空气电极导电片互相平行；所述N个单体金属-空气电池依次排列成行；所述N个单体金属-空气电池的空气电极导电片和金属阳极导电片一一对应地插入位于各单体金属-空气电池上方的电堆导电连接插板的N个导电插槽中，实现N个单体金属-空气电池的电串联或者电并联；所述电堆导电连接插板的一个导电连接外片与电堆中首个单体金属-空气电池的空气电极导电片紧密导电连接，成为该电堆的正极引出端；所述电堆导电连接插板的另一个导电连接外片与电堆中最后一个单体金属-空气电池的金属阳极导电片紧密导电连接，成为该电堆的负极引出端。

更佳的是，电堆中的N个单体金属-空气电池的电池腔体上设置有嵌合结构的连接套，电堆中相邻的所述单体金属-空气电池之间经具有嵌合结构的连接套相互嵌合牢固地连接在一起；所述连接套（8）的嵌合结构包括梯形、弧形和钩形嵌合结构。

更佳的是，所述用于将N个单体金属-空气电池之间电串联的电堆导电连接插板，包括绝缘基体、N-1个导电连接内片和一对导电连接外片；所述绝缘基体底面平行排列着N条导电插槽，所述导电连接内片紧密地包覆在各导电插槽之间的分隔墙上；同一导电插槽的两侧分隔墙包覆的导电连接内片构成该导电插槽的一对电极连接端；所述一对导电连接外片各自包覆在该电堆导电连接插板两端最外侧的导电插槽的端壁上，所述导电连接外片与其所在的同一导电插槽的导电连接内片构成该导电插槽的一对电极连接端。

更佳的是，所述各导电连接内片与导电插槽底部相接的上端是嵌入于导电插槽底部的绝缘基体内或附着在绝缘基体上；所述各导电连接内片与导电插槽底部相接的上端是弯折结构，也可以是平直结构。

更佳的是，所述电堆导连接插板的导电插槽的电极联接端之间间距H为上下同宽的垂直插入结构或上下不同宽的梯形插入结构。

更佳的是，所述电堆导连接插板的导电插槽的分隔墙中设置有内部调节孔；所述内部调节孔是一个贯穿分隔墙的通孔，也可以在每个分隔墙中设置两个以上的内部调节孔。

更佳的是，所述电堆导电连接插板的绝缘基体中设置有中空区域。

本发明提出了一种全新的金属-空气电池结构以及一种采用具有导电插槽结构的导电连接插板进行导电连接方法。所提出的具有导电插槽结构的导电连接插板可将大量单体金属-空气电池之间以电串联或者电并联方式快速便捷地组成电堆，所组成的多个金属-空气电池电堆之间还可以以电串联或者电并联方式快速组成更大的电堆。具有导电插槽结构的导电连接插板也可以实现单体金属-空气电池与外电路的快速便捷导电连接。本发明提出的具有导电插槽结构的导电连接插板，更加优化了电极之间的导电连接，接触电阻也更低，很好地适应了金属-空气电池电堆大功率甚至超大功率放电时的导电连接需要，提高了电堆的安全可靠性。此外，具有导电插槽结构的导电连接插板，降低了对电堆中单体电池尺寸一致性以及单体电池排列整齐性的要求，使得导电连接插板的插入过程更加便捷，更适合将大量单体金属-空气电池之间组成电堆。本发明提出的金属-空气电池结构及其构成的电堆，具有导电连接效果好、接触电阻小、操作简便高效、安全、省时省力等特点，非常适合金属-空气电池电堆的快速组装和拆卸。

附图说明

图1是各优选实施列中上端开口的电池腔体2的结构示意图；

图2 是优选实施例二中上部弯折结构的金属阳极3的结构示意图；

图3 是优选实施例一中上部耳型结构的金属阳极3的结构示意图；

图4 是各优选实施例中空气电极导电片1-1宽度W4小于电池腔体宽度W的结构示意图；

图5 是优选实施例二中金属阳极压块5的结构示意图；

图6 是优选实施例一中电池腔体压盖4的结构示意图；

图7是优选实施例二中电池腔体压盖4的结构示意图；

图8是优选实施例二具有弯折结构导电连接外片的单体电池导电连接插板结构示意图；

图9 是优选实施例二具有平直结构导电连接外片的单体电池导电连接插板结构示意图；

图10 所述优选实施例一和二中导电连接外片的宽度W2小于单体电池导电连接插板的宽度W1的单体电池导电连接插板结构示意图；

图11导电连接外片上设置有两个导电连接外片连接孔的单体电池导电连接插板的结构示意图；

图12 是图8的单体电池导电连接插板底部仰视结构示意图；

图13 是优选实施一和二绝缘基体中设置有绝缘基体内中空区域的单体电池导电连接插板底部仰视结构示意图；

图14 是图10的单体电池导电连接插板底部仰视结构示意图;

图15 是优选实施二的单体金属-空气电池组装结构示意图；

图16 是优选实施一的单体金属-空气电池装配示意图，其中在电池腔体的两个侧面外侧上分别设置有1个连接套8-1；

图17 是优选实施一和二的单体金属-空气电池外观立体结构示意图，其中单体电池导电连接插板的宽度W1小于电池腔体宽度W；

图18是图17的A-A剖面局部结构示意图，其中的金属阳极采用上部弯折结构的金属阳极导电片。

图19是优选实施一和二中的单体金属-空气电池腔体两侧分别设置有连接套的单体金属-空气电池结构示意图；

图20图19的E-E剖面局部结构示意图，其中的金属阳极采用上部耳形结构的金属阳极导电片；

图21 是优选实施三中电堆导电连接插板将多个单体金属-空气电池以电串联方式组成电堆的立体结构示意图；

图22是图21中带有椭圆形内部调节孔的电堆导电连接插板的立体结构示意图；

图23 图22的电堆导电连接插板结构主视示意图，其中的导电连接内片具有弯折结构；

图24 图22的C-C剖面结构示意图，其中的导电连接内片的上端面弯折并嵌入绝缘基体内；

图25 是带有梯形内部调节孔的电堆导电连接插板结构主视示意图，其中的导电连接内片具有曲面结构,且上端面弯折并嵌入绝缘基体内；

图26 是带有梯形内部调节孔的电堆导电连接插板结构主视示意图，其中的导电连接内片具有弯折成梯形的结构，导电连接内片的上端无弯折且嵌入绝缘基体内；

图27 是导电连接内片全部位于绝缘基体外侧的导电连接插板结构主视示意图

图28 绝缘基体内无内部调节孔的电堆导电连接插板结构主视示意图；

图29 是图22的电堆导电连接插板的底部仰视结构示意图，其中的绝缘基体内设置有内部调节孔，但未设置绝缘基体内中空区域；

图30是绝缘基体内设置有内部调节孔和绝缘基体内空区域的电堆导电连接插板的底部仰视结构示意图；

图31是图30的D-D剖面结构示意图，其中绝缘基体内设置有内部调节孔和绝缘基体内中空区域；

图32是图21的B-B剖面局部结构示意图，其中金属阳极采用上部弯折结构的金属阳极导电片；

图33 是通过设置在单体金属-空气电池上的梯形连接套将多个单体金属-空气电池以电串联方式组成电堆的立体结构局部示意图；

图34是图33的俯视结构示意图；

图35是通过设置在单体金属-空气电池上的弧形连接套将多个单体金属-空气电池以电并联方式组成电堆的立体结构局部示意图；

图36 是图35的俯视结构示意图；

图37 是通过设置在单体金属-空气电池上的钩形连接套将多个单体金属-空气电池以电串联方式组成电堆的立体结构局部示意图；

图38 是图37的俯视结构示意图；

图39是采用电堆电极连接导电线（片）和导电接线柱，将两个电堆电并联组成更大电堆的立体结构示意图；

图40是采用电堆电极连接导电线（片）和导电接线柱，将两个电堆电串联组成更大电堆的立体结构示意图；

图41是通过设置在单体金属-空气电池上的梯形连接套将多个单体金属-空气电池以电串联方式组成电堆，再采用电堆电极连接导电线（片）和导电接线柱，将两个电堆电并联组成更大电堆的立体结构示意图；

图42是通过设置在单体金属-空气电池上的梯形连接套将多个单体金属-空气电池以电串联方式组成电堆，再采用电堆电极连接导电线（片）和导电接线柱，将两个电堆电串联组成更大电堆的立体结构示意图。

图中符号说明：

1：空气电极；

1-1：空气电极导电片；

1-2：空气电极导电卡套；

2：电池腔体；

3：金属阳极；

3-0：金属阳极反应区

3-1：金属阳极导电片；

3-2：金属阳极的折边；

3-3： 金属阳极导电片的凸耳；

4：电池腔体压盖；

4-0：电池腔体压盖的开口；

4-1；电池腔体压盖的凹槽；

5：金属阳极压块；

6：单体电池导电连接插板；

6-0：单体电池导电连接插板的导电插槽

6-0-2：导电插槽两侧的槽壁

6-1：单体电池导电连接插板的绝缘基体；

6-1-2：单体电池导电连接插板的绝缘基体内中空区域

6-2：单体电池导电连接插板的导电连接外片；

6-2-0：导电插槽的槽形结构；

6-2-1：单体电池导电连接插板的导电连接外片连接孔；

7：单体金属-空气电池；

8：连接套；

8-1：梯形连接套；

8-2：弧形连接套；

8-3：钩形连接套

9：金属-空气电池电堆；

10：电堆导电连接插板；

10-0：电堆导电连接插板的导电插槽

10-1：电堆导电连接插板的绝缘基体；

10-1-1：电堆导电连接插板的内部调节孔；

10-1-2：电堆导电连接插板的绝缘基体内中空区域

10-2：电堆导电连接插板的导电连接外片；

10-2-1；电堆导电连接插板的导电连接外片连接孔；

10-3：电堆导电连接插板的导电连接内片；

10-4：电堆导电连接插板的分隔墙；

10-5：电堆导电连接插板的导电插槽的端壁

11：电堆电极连接导电线（片）；

12：电堆正极引出端；

13：电堆负极引出端；

14：导电接线柱

15：金属-空气电池电堆组

图中没有标注的符号：

1）导电插槽的电极联接端之间间距H

尺寸相关符号：

W：电池腔体的宽度

W1：单体电池导电连接插板的绝缘基体宽度

W2：导电连接外片的宽度

W3：导电连接外片极耳的宽度

W4：空气电极导电片的宽度

W5：电堆导电连接插板的绝缘基体宽度

具体实施方式

下面结合各实施例和附图对本发明的金属-空气电池的结构及其构成电堆的导电连接方法作出详细说明。

优选实施例一：单体金属-空气电池的结构之一

参见图1、图3、图6、图8和图16，所述单体金属-空气电池包括两片空气电极1、一片金属阳极3、上端开口的电池腔体2、电池腔体压盖4、单体电池导电连接插板6；参见图1所示电池腔体2是上端开口的腔体结构，其前端面和后端面对应设置有开口；所述两片空气电极1分别密封地嵌入在电池腔体2的前端面和后端面的开口上，两片空气电极1通过位于电池腔体2边框上的空气电极导电卡套1-2导电连接；所述两片空气电极1的其中一片上端的空气电极导电片1-1高出所述电池腔体2顶端面；所述金属阳极3位于所述电池腔体2内，有间距地安插在两片空气电极之间；所述金属阳极3上端的金属阳极导电片3-1穿过电池腔体2上端的开口处的电池腔体压盖4，与空气电极1的空气电极导电片1-1互相平行地插入位于电池腔体压盖4上方的单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0内；所述单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0内的一个导电连接片与空气电极导电片1-1紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的正极引出端，单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0内的另一个导电连接片与金属阳极导电片3-1紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的负极引出端。

如图1和图4所示，本例中空气电极导电卡套1-2有1个或1个以上，所述空气电极导电卡套1-2设置在电池腔体2的边框上；所述空气电极导电卡套1-2可以设置在电池腔体2的边框上之上部、中部或下部；所述空气电极导电卡套1-2要具有良好的导电性，有效地将两片空气电极1进行导电连接。

如图3、图6和图16所示，本例中金属阳极具有板状或者片状结构，该金属阳极3的金属阳极导电片3-1有向左右两侧延伸的凸耳3-3，以便于金属阳极3穿过电池腔体压盖4的开口4-0时，凸耳3-3卡在电池腔体压盖4内，保证金属阳极固定在电池腔体2内并有间距地安插在两片空气电极之间；所述金属阳极3的材料可以是铝、锂、镁、锌等的金属及其合金。

如图1、图4所示，两个空气电极1分别设置在电池腔体2前后两面的开口上，形成一个容纳电解液的密闭腔体；其中一片空气电极上端的空气电极导电片1-1超出电池腔体上端面一定高度，该空气电极导电片1-1的宽度W4≦电池腔体的宽度W；所述空气电极导电片1-1与单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0处的导电连接外片紧密面接触，形成单体金属-空气电池的正极引出端；空气电极导电片1-1需具有良好的导电性。

本例中单体电池导电连接插板可以有以下结构：

导电连接插板结构1：

如图8所示，用于单体金属-空气电池电能输出的单体电池导电连接插板6包括绝缘材质的绝缘基体6-1和分别位于绝缘基体6-1两侧的两个导电连接外片6-2；所述两导电连接外片6-2和位于两者间的绝缘基体6-1形成该单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0 ; 所述绝缘基体6-1和两个导电连接外片6-2之间紧密结合为一个整体；所述绝缘基体6-1的宽度W1与单体金属-空气电池腔体的宽度W可以相同也可以不同；绝缘基体6-1将两个导电连接外片6-2隔离开，在实现两个导电连接外片6-2之间电绝缘的同时，保证两个导电连接外片6-2分别与单体金属-空气电池的空气电极导电片1-1和金属阳极导电片3-1之间良好的导电连接，成为单体金属-空气电池的正极引出端和负极引出端。

导电连接插板结构2：

参见图8、图10至图11，所述单体电池导电连接插板6还可以是另一种结构：绝缘基体6-1的底部设置有向上凹陷的导电插槽6-0，所述导电连接外片6-2的一端弯折成与导电插槽6-0两侧槽壁相适配的槽形结构；所述绝缘基体6-1的两侧的槽壁嵌入导电连接外片6-2的槽形结构中并连接为一体，所述导电连接外片6-2的另一端分别竖立于绝缘基体6-1的两侧；所述导电连接外片6-2的宽度W2和绝缘基体6-1的宽度W1可以相同，也可以不同。

参见图8至图14，上述各单体电池导电连接插板6的绝缘基体6-1可以是实体结构，也可以在其中设置绝缘基体内中空区域6-1-2，不仅可以减轻单体电池导电连接插板6的重量，同时也节约绝缘材料的使用量。两个导电连接外片6-2上设置有导电连接外片连接孔6-2-1，单体金属-空气电池通过导电连接外片连接孔6-2-1与外线路连接，将单体金属-空气电池发出的电能输出；导电连接外片连接孔6-2-1的数量可以是一个或者一个以上，导电连接外片连接孔6-2-1可以设置在导电连接外片6-2便于导电连接的任意位置，包括其两侧或者中间部位；参见图9，导电连接外片6-2的宽度W2和所述绝缘基体6-1的宽度W1可以相同，也可以不同；导电连接外片6-2需具有良好的导电性及适当的强度；绝缘基体6-1需具有良好的绝缘性能，此外还需具有良好的弹性和适当的强度。

优选实施例二：单体金属-空气电池的结构之二

参见图1、图2、图7、图15和图17，本实施例的单体金属-空气电池与优选实施例一的结构基本相似，不同之处在于：所述金属阳极3的上部为弯折结构，即金属阳极导电片3-1经折边3-2与其位于所述电池腔体的金属阳极3的金属阳极反应区3-0不在同一平面（参见图2）；所述电池腔体压盖4的开口处的一侧设置有凹槽4-1，所述金属阳极3的金属阳极反应区3-0经电池腔体压盖4的开口处进入电池腔体2时，所述折边3-2卡在电池腔体压盖4的开口一侧的凹槽4-1底部，所述金属阳极压块5嵌入凹槽4-1，压覆在金属阳极的折边3-2上，进而将金属阳极3固定在电池腔体2内；与折边垂直相连的金属阳极导电片3-1竖立在电池腔体顶端，并与空气电极1的空气电极导电片1-1互相平行地插入位于电池腔体压盖4上方的单体电池导电连接插板6的导电插槽6-0内。

可采用前例所公开各单体电池导电连接插板6，这里不再赘述。

如图5、图6、图7、图15至-图20所示，金属阳极压块5和电池腔体压盖4的尺寸和结构不仅要与电池腔体上部的尺寸和结构相匹配，还要与金属阳极3上部的尺寸和形状相匹配，以保证将金属阳极3固定在电池腔体内，并与两个空气电极1不接触；电池腔体压盖4安装在电池腔体2之开口内，也可以全部或部分嵌入电池腔体2内；金属阳极压块5和电池腔体压盖4需具有良好的电绝缘性能和适当的强度。

优选实施三：金属-空气电池电堆的结构

参见图33-图38，所述金属-空气电池电堆包括前述优选实施例一或二中的N个单体金属-空气电池7（其中N≥2），所述的N个单体金属-空气电池7依次排列成行，相邻单体电池之间经嵌合结构的连接套8相互嵌合牢固地连接在一起；所述N个单体金属-空气电池7的空气电极导电片1-1和金属阳极导电片3-1一一对应地插入位于各单体金属-空气电池7上方的电堆导电连接插板10的N个导电插槽中，实现所述N个单体金属-空气电池的电串联或者电并联；位于所述电堆导电连接插板10一侧的导电连接外片10-2与电堆中首个单体金属-空气电池的空气电极导电片1-1以面接触方式紧密导电连接，成为该电堆的正极引出端；位于所述电堆导电连接插板10另一侧的导电连接外片10-2与电堆中最后一个单体金属-空气电池的金属阳极导电片3-1以面接触方式紧密导电连接，成为电堆的负极引出端；导电连接外片10-2上设置有导电连接外片连接孔10-2-1；该金属-空气电池电堆9通过导电连接外片连接孔10-2-1与外电路连接，将金属-空气电池电堆发出的电能输出。

如图16、图19、图33-38、图41、42所示，单体金属-空气电池7的电池腔体2上可以安装1个以上互为嵌合结构的连接套8；连接套8可以设置在单体金属-空气电池7的电池腔体2的外侧，也可以设置在电池腔体2的前后端面上，连接套8可以设置在单体金属-空气电池7的电池腔体2的上部、中部或下部；2个以上的单体金属-空气电池7通过连接套8相互嵌合牢固地连接在一起，电堆中通过连接套8连接在一起的相邻的两个单体金属-空气电池7的电池腔体2外侧的连接套8具有相匹配的嵌合结构，保证相邻的两个单体金属-空气电池7通过电池腔体2外侧的连接套8之间的嵌合牢固结合在一起；连接套8的嵌合结构可以采用梯形嵌合结构或者曲面形嵌合结构或者钩形嵌合结构，也可以采用其它规则或者不规则的嵌合结构；连接套8由具备良好绝缘性能和强度的材料制成。

参见图21-图32，用于实现多个单体金属-空气电池之间电串联组成电堆的电堆导电连接插板10（如图22所示），包括绝缘基体10-1、N-1个导电连接内片10-3和一对导电连接外片10-2；所述绝缘基体10-1底面平行排列着N条导电插槽10-0，所述导电连接内片10-3紧密地包覆在各导电插槽之间的分隔墙10-4上；所述各导电连接内片10-3沿着分隔墙10-4伸入至导电插槽10-0底部，所述导电插槽10-0底部的绝缘基体10-1将各导电连接内片10-3彼此电绝缘地分隔，位于同一导电插槽10-0两侧的包覆分隔墙的导电连接内片10-3构成该导电插槽10-0的一对电极联接端；所述一对导电连接外片10-2各自包覆在该电堆导电连接插板10两端最外侧的导电插槽10-0的端壁10-5上，所述导电连接外片10-2与其所在的同一导电插槽10-0内的导电连接内片10-3经该导电插槽10-0底部绝缘基体将两者电绝缘分隔，构成该导电插槽10-0的一对电极联接端；所述导电连接外片10-2的面向该电堆导电连接插板10的外侧上至少设置有一个用于与外电路连接的连接孔10-2-1；每个导电插槽10-0内的两个导电连接内片6-3的电极连接端分别与插入导电插槽10-0中的同一单体金属-空气电池7的金属阳极导电片3-1和空气电极导电片1-1紧密导电连接；该电堆导电连接插板10一侧的导电连接外片10-2与前述电堆中首个单体金属-空气电池的空气电极导电片1-1紧密导电连接，成为该电堆的正极引出端；位于电堆导电连接插板10另一侧的导电连接外片10-2与电堆中最后一个单体金属-空气电池的金属阳极导电片3-1紧密导电连接，成为电堆的负极引出端；该金属-空气电池电堆9通过导电连接外片的连接孔10-2-1与外电路连接，将金属-空气电池电堆发出的电能输出。

根据电堆导连接插板的绝缘基体10-1、导电连接内片10-3和导电连接外片10-2的不同，电堆导电连接插板10还有以下多种结构：

电堆导电连接插板结构1：如图28所示，所述各导电连接内片10-3伸入导电插槽10-0的绝缘基体10-1的部位为弯折结构10-3-1，所述弯折结构10-3-1嵌入在导电插槽10-0底部的绝缘基体10-1内；所述电堆导电连接插板的导电插槽10-0内的两个电极联接端之间的间距H为上下同宽的垂直插入结构。所述绝缘基体10-1整体为实芯结构。

电堆导电连接插板结构2：参见22-24和图29-图30所示，电堆导电连接插板结构2与电堆导电连接插板结构1的结构基本相似，不同之处在于：位于每个导电连接内片10-3内的分隔墙10-4中设置有内部调节通孔10-1-1；所述内部调节通孔10-1-1的截面孔形是圆形，也可以是多边形；设置所述内部调节通孔，是保证每个导电插槽可以有一定量的弹性变形，这样在将大量单体金属-空气电池组成电堆时就更好插入电堆导电连接插板。

电堆导电连接插板结构3：参见图25，电堆导电连接插板结构3与电堆导电连接插板结构1的结构基本相似，不同之处在于：所述分隔墙10-4的墙头10-4-1为曲面结构，包覆该墙头10-4-1的导电连接内片10-3相应也为与之相适配的曲面结构；位于每个导电连接内片10-3内的分隔墙10-4中设置有内部调节通孔10-1-1；所述内部调节通孔10-1-1的截面的孔形是梯形的内部调节通孔10-1-1。

电堆导电连接插板结构4：如图26所示，电堆导电连接插板结构4与电堆导电连接插板结构1的结构基本相似，不同之处在于：所述分隔墙10-4的墙头10-4-1为梯形结构，包覆该墙头10-4-1的导电连接内片10-3相应地也为与之相适配的梯形结构；所述位于导电插槽10-0两侧的电极联接端之间的间距H为上宽下窄的梯形结构，即相邻的两个导电连接内片10-3的倾斜面形成了梯形插入口；所述各导电连接内片10-3伸入导电插槽10-0的绝缘基体的部分平直地插入到绝缘基体的内部；位于每个导电连接内片10-3内的分隔墙10-4中设置有一条与导电插槽平行的内部调节通孔10-1-1；所述内部调节通孔10-1-1的截面的孔形是梯形的内部调节孔10-1-1。

电堆导电连接插板结构5：如图27所示，电堆导电连接插板结构5与电堆导电连接插板结构1的结构基本相似，不同之处在于：所述各导电连接内片10-3伸入导电插槽10-0的绝缘基体的部位为弯折结构10-3-1，所述弯折结构10-3-1附着在导电插槽10-0底部的绝缘基体10-1的外表面；位于每个导电连接内片10-3内的分隔墙10-4中设置有一条与导电插槽平行的内部调节通孔10-1-1；所述内部调节通孔10-1-1的截面的孔形是椭圆形的内部调节孔6-1-1。

电堆导电连接插板结构6：参见图30和图31，电堆导电连接插板结构6与电堆导电连接插板结构1的结构基本相似，不同之处在于：位于每个导电内连接件10-3内的分隔墙10-4中设置有内部调节通孔10-1-1，内部调节通孔10-1-1可以是贯通的一个，也可以是多个；所述内部调节通孔10-1-1的截面是圆形或者其它规则或者不规则的形状；在导电插槽10-0处的绝缘基体10-1上设置有一个或一个以上的中空区域10-1-2，所述中空区域10-1-2不仅可减轻电堆导电连接插板的重量，同时也节约绝缘基体材料的使用量。

以上给出了多种电堆导电连接插板10的结构，但不仅局限于此。根据需要，导电连接内片10-3的形状可以是平面、曲面、弯折面或其它规则或者不规则的结构，相应地，电堆导电连接板10的导电插入口可以是垂直面的、曲面的、梯形面的或其它规则或者不规则的结构；绝缘基体10-1可以是实体结构，根据需要也可以在位于导电内连接片10-3内的分隔墙中设置一条或一条以上的内部调节孔10-1-1，所述内部调节通孔10-1-1的截面形状可以是圆形、梯形或多边形等其它规则或者不规则的形状。设置在绝缘基体10-1内的中空区域10-1-2的数量可以是一个或者一个以上，绝缘绝缘基体内的中空区域10-1-2的形状可以是长方形、圆形、椭圆形、梯形或其它规则或者不规则的形状。

参见图中上述各电堆导电连接插板10的宽度，即绝缘基体10-1的宽度W5与电堆中单体金属-空气电池腔体的宽度W可以相同也可以不同；导电连接外片10-2可以是平面结构，也可以是弯折结构或者曲面结构；所述导电连接外片的宽度W2与导电连接外片极耳的宽度W3可以相同，也可以不同；导电连接内片10-3的宽度W6和绝缘基体的宽度W5可以相同，也可以不同；导电连接内片10-3的宽度W6与电池腔体的宽度W可以相同也可以不同；导电连接内片10-3的宽度W6和导电连接外片的宽度W2可以相同，也可以不同；导电连外接片10-2和导电内连接片10-3均采用导电性能良好的材料制成，需具有良好的导电性；绝缘基体10-1不仅需具有良好的绝缘性能，还需具有良好的弹性和强度。

实施例一至实施例二给出了单体金属-空气电池的不同结构，但不仅局限于此。根据需要，将实施例一和二中的空气电极1、金属阳极3、电池腔体压盖4、单体电池导电连接插板6、金属阳极压块5可以进行不同匹配方式的组合。根据需要，空气电极导电卡套1-2可以设置在电池腔体的不同侧面上，每个电池腔体侧面设置的空气电极导电卡套1-2可以是一个或一个以上。

优选实施例四：金属-空气电池电堆的结构

如图2、图32-38所示，所述金属-空气电池电堆包括前述优选实施例一或二中的N个单体金属-空气电池7（其中N≥2），所述N个单体金属-空气电池7依次排列成行，所述N个单体金属-空气电池7的空气电极导电片1-1和金属阳极导电片3-1一一对应地插入位于各单体金属-空气电池7上方的电堆导电连接插板10的N个导电插槽中，实现N个单体金属-空气电池的电串联或者电并联；位于所述电堆导电连接插板10一侧的导电连接外片10-2与电堆中首个单体金属-空气电池的空气电极导电片1-1紧密导电连接，成为该电堆的正极引出端；位于所述电堆导电连接插板10另一侧的导电连接外片10-2与电堆中最后一个单体金属-空气电池的金属阳极导电片3-1紧密导电连接，成为电堆的负极引出端；导电连接外片10-2上设置有导电连接外片连接孔10-2-1；该金属-空气电池电堆9通过导电连接外片连接孔10-2-1与外电路连接，将金属-空气电池电堆发出的电能输出。

相邻单体金属-空气电池之间还可通过设置在各单体金属-空气电池上的连接套8相互嵌合牢固地连接在一起；根据电堆中单体金属-空气电池的两个侧面上设置连接套8的情况，组成的电堆可有以下几种结构：

电堆结构1：如图21所示的在各单体金属-空气电池上没有设置连接套的金属-空气电池电堆9，采用电堆导电连接插板10，将多个单体金属-空气电池之间电串联组成金属-空气电池电堆9。电堆中的各单体金属-空气电池7之间顺序排列，其间没有连接套。

电堆结构2：如图33和图34所示的金属-空气电池电堆9，电堆中的每个单体金属-空气电池的电池腔体2的两个侧面的外侧上各安装了1个互为嵌合结构的梯形连接套8-1。电堆中相邻的单体金属-空气电池7的互为嵌合结构的梯形连接套8-1相互嵌合，将电堆中的各单体金属-空气电池7牢固地连接在一起。电堆导电连接插板10插入牢固连接在一起的多个单体金属-空气电池的上端，将多个单体金属-空气电池电串联组成金属-空气电池电堆9。

电堆结构3：如图35和图36所示的金属-空气电池电堆9，电堆中的每个单体金属-空气电池的电池腔体2的两个侧面的外侧上各安装了1个互为嵌合结构的弧形连接套8-2。电堆中相邻的单体金属-空气电池7的互为嵌合结构的弧形连接套8-2相互嵌合，将电堆中的各单体金属-空气电池7牢固地连接在一起。电堆导电连接插板10插入牢固连接在一起的多个单体金属-空气电池的上端，将多个单体金属-空气电池电并联组成金属-空气电池电堆9。

电堆结构4：如图37和图38所示的金属-空气电池电堆9，电堆中的每个单体金属-空气电池的电池腔体2的两个侧面的外侧上各安装了1个互为嵌合结构的钩形连接套8-3。电堆中相邻的单体金属-空气电池7的互为嵌合结构的钩形连接套8-3相互嵌合，将电堆中的各单体金属-空气电池7牢固地连接在一起。电堆导电连接插板10插入牢固连接在一起的多个单体金属-空气电池的上端，将多个单体金属-空气电池电串联组成金属-空气电池电堆9。

以上给出了多种不同结构的金属-空气电池电堆9，但不仅局限于此。根据需要，连接套8可以设置在单体金属-空气电池的电池腔体2两个侧面的不同位置上，每个单体金属-空气电池的电池腔体2上设置连接套的数量可以是1个或者1个以上。根据需要，在组合在一起的多个单体金属-空气电池7的上端插入具有电串联结构的电堆导电连接插板10，可以将单体金属-空气电池7电串联组成金属-空气电池电堆9。在组合在一起的多个单体金属-空气电池7的上端插入具有电并联结构的电堆导电连接插板10，可以将单体金属-空气电池7电并联组成金属-空气电池电堆9。需要指出的是，其它单体金属-空气电池7之间的有机组合也属于本实施例的范围。

优选实施例五：由多个金属-空气电池电堆组成更大的金属-空气电池电堆组的结构

采用电堆电极连接导电线（片）11和导电接线柱14，将前述多个金属-空气电池电堆9导电连接组成更大的金属-空气电池电堆组15的方式可以有以下两种：

电堆组结构1：如图39和图41所示，采用电堆电极连接导电线（片）11和导电接线柱14，将两个金属-空气电池电堆9电并联构成更大的金属-空气电池电堆组。

电堆组结构2：如图40和图42所示，采用电堆电极连接导电线（片）11和导电接线柱14，将2个金属-空气电池电堆9电串联构成更大的金属-空气电池电堆组。

显然在本发明公开的技术的基础上，采用电堆电极连接导电线（片）11以电串联方式或者电并联方式或者以电串联和电并联交替连接方式，可将两个或者两个以上的金属-空气电池电堆9之间导电连接组成更大的金属-空气电池电堆组15，以获得更大的输出功率。

以上给出了本实施例中金属-空气电池电堆组的不同导电连接方式，但不仅局限于此。根据需要，电堆组还可以电串联或电并联为更大体积的电堆组，不同电堆组结构之间的有机组合也属于本实施例的范围。

本发明不仅提出了一种单体金属-空气电池的结构及导电连接方法，也提出了一种由单体金属-空气电池组成金属-空气电池电堆以及电堆之间组成更大的金属-空气电池电堆组的结构及导电连接方法。与现有技术相比，本发明通过单体电池导电连接插板可以实现单体金属-空气电池与外电路的快速导电连接，通过电堆导电连接插板，可以方便地将多个单体金属-空气电池快速组装成电堆，还可以方便地将多个金属-空气电池电堆快速组装成更大的金属-空气电池电堆组，获得更大的输出功率。采用本发明的技术，更加优化了电极之间的导电连接，极大地降低了接触电阻，很好地适应了金属-空气电池电堆大功率甚至超大功率放电时的导电连接需要，提高了电堆的安全可靠性。此外，具有导电插槽结构的导电连接插板，降低了对电堆中单体电池尺寸一致性以及单体电池排列整齐性的要求，使得导电连接插板的插入过程更加便捷，更适合将大量单体金属-空气电池之间组成电堆。本发明提出的金属-空气电池结构及其构成的电堆，具有导电连接效果好、接触电阻小、操作简便高效、安全、省时省力等特点，非常适合金属-空气电池电堆的快速组装和拆卸。

Claims (13)

1.一种单体金属-空气电池，包括两片空气电极（1）、一片金属阳极（3）、上端开口的电池腔体（2）和盖在电池腔体上端的电池腔体压盖（4）；所述的两片空气电极（1）分别密封地嵌入在电池腔体（2）的前端面和后端面的开口上，经所述电池腔体（2）边框上的空气电极导电卡套（1-2）相连接；所述金属阳极（3）插入在电池腔体（2）内，有间距地位于所述两片空气电极（1）之间，其特征在于：

有一片所述空气电极（1）的空气电极导电片（1-1）高出所述电池腔体（2）的顶端面；所述金属阳极（3）上端的金属阳极导电片3-1穿过电池腔体压盖（4），与所述空气电极导电片（1-1）互相平行地插入位于电池腔体压盖（4）上方的单体电池导电连接插板（6）的导电插槽（6-0）内；所述单体电池导电连接插板（6）的一个导电连接外片与空气电极导电片（1-1）紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的正极引出端，单体电池导电连接插板（6）的另一个导电连接外片与金属阳极导电片（3-1）紧密面接触，形成该单体金属-空气电池的负极引出端。

2.根据权利要求1所述的单体金属-空气电池，其特征在于：

所述金属阳极（3）是板状或片状结构；所述金属阳极（3）的金属阳极导电片（3-1）有向左右两侧延伸出的凸耳（3-3）；所述金属阳极（3）穿过电池腔体压盖的开口（4-0）时，所述凸耳（3-3）卡在电池腔体压盖（4）内，将所述金属阳极（3）在固定电池腔体（2）内。

3.根据权利要求1所述的单体金属-空气电池，其特征在于：

还包括金属阳极压块（5）；所述金属阳极（3）是板状或片状结构，其上部为弯折结构：所述金属阳极导电片（3-1）经折边（3-2）与位于所述电池腔体（2）内的金属阳极反应区（3-0）不在同一平面；所述电池腔体压盖（4）的一侧，设置有和与所述折边（3-2）相适配的凹槽（4-1）；所述金属阳极反应区（3-0）经电池腔体压盖的凹槽（4-1）外侧进入电池腔体2时，所述折边（3-2）卡在电池腔体压盖的凹槽（4-1）底部，所述金属阳极压块（5）嵌入凹槽（4-1），压覆在金属阳极的折边（3-2）上，将金属阳极（3）固定在电池腔体（2）内。

4.根据权利要求1所述的单体金属-空气电池，其特征在于：

所述单体电池导电连接插板（6）包括绝缘材质的绝缘基体（6-1）和两个导电连接外片（6-2）；所述的两个导电连接外片（6-2）将所述单体电池导电连接插板（6）的绝缘基体（6-1）夹持在其之间，形成导电插槽（6-0 ）;两个导电连接外片（6-2）分别与分别插入导电插槽（6-0 ）中的空气电极导电片（1-1）和金属阳极导电片（3-1）之间导电连接，成为单体金属-空气电池的正极引出端和负极引出端。

5.根据权利要求1所述的单体金属-空气电池，其特征在于：

所述单体电池导电连接插板（6）包括绝缘材质的绝缘基体（6-1）和两个导电连接外片（6-2）；所述绝缘基体（6-1）底部设置有向上凹陷的导电插槽（6-0），所述导电连接外片（6-2）的一端弯折成与导电插槽（6-0）两侧槽壁（6-0-2）相适配的槽形结构（6-2-0）；所述绝缘基体（6-1）的两侧的槽壁（6-0-2）嵌入导电连接外片（6-2）的槽形结构（6-2-0）中连接为一体，所述导电连接外片（6-2）的另一端分别竖立于绝缘基体（6-1）两侧；两个导电连接外片（6-2）分别与单体金属-空气电池的空气电极导电片（1-1）和金属阳极导电片（3-1）之间导电连接，成为单体金属-空气电池的正极引出端和负极引出端。

6.根据权利要求1所述的单体金属-空气电池，其特征在于：

所述单体电池导电连接插板（6）的绝缘基体（6-1）中设置有中空区域（6-1-2）。

7.一种金属-空气电池电堆，包括N个单体金属-空气电池（7），其中N≥2；所述单体金属-空气电池（7），包括两片空气电极（1）、一片金属阳极（3）、上端开口的电池腔体（2）和盖在电池腔体上端的电池腔体压盖（4）；所述的两片空气电极（1）分别密封地嵌入在电池腔体（2）的前端面和后端面的开口上，经设置在所述电池腔体（2）边框上的空气电极导电卡套（1-2）相连接；所述金属阳极（3）插入在电池腔体（2）内，有间距地位于所述两片空气电极（1）之间，其特征在于：

有一片所述空气电极（1）的空气电极导电片（1-1）高出所述电池腔体（2）顶端面；所述金属阳极（3）上端的金属阳极导电片（3-1）穿过电池腔体压盖（4），与所述空气电极导电片（1-1）互相平行；

所述N个单体金属-空气电池（7）排列成行；所述N个单体金属-空气电池（7）的空气电极导电片（1-1）和金属阳极导电片（3-1）一一对应地插入位于各单体金属-空气电池（7）上方的电堆导电连接插板（10）的N个导电插槽中，实现N个单体金属-空气电池的电串联或者电并联；所述电堆导电连接插板（10）的一个导电连接外片（10-2）与电堆中首个单体金属-空气电池的空气电极导电片（1-1）紧密导电连接，成为该电堆的正极引出端；所述电堆导电连接插板（10）的另一个导电连接外片（10-2）与电堆中最后一个单体金属-空气电池的金属阳极导电片（3-1）紧密导电连接，成为该电堆的负极引出端。

8.根据权利要求7所述的由单体金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

相邻的所述电堆中的N个单体金属-空气电池（7）的电池腔体（2）上设置有嵌合结构的连接套（8），电堆中相邻的所述单体金属-空气电池（7）之间经具有嵌合结构的连接套（8）相互嵌合牢固地连接在一起；所述连接套（8）的嵌合结构包括梯形、弧形和钩形嵌合结构。

9.根据权利要求7所述的由单体金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

所述电堆导电连接插板（10），包括绝缘基体（10-1）、N-1个导电连接内片（10-3）和一对导电连接外片（10-2）；所述绝缘基体（10-1）底面平行排列着N条导电插槽（10-0），所述导电连接内片（10-3）紧密地包覆在各导电插槽之间的分隔墙（10-4）上；同一导电插槽(10-0)的两侧分隔墙（10-4）包覆的导电连接内片(10-3)构成该导电插槽(10-0)的一对电极连接端；所述导电连接内外片(10-2)各自包覆在该电堆导电连接插板（10）两端最外侧的导电插槽(10-0)的端壁(10-5)上；所述导电连接外片(10-2)与其所在的同一导电插槽的导电连接内片(10-3)，构成该导电插槽(10-0)的一对电极连接端。

10.根据权利要求9所述的由单体金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

所述各导电连接内片(10-3)与导电插槽(10-0)底部相接的上端是嵌入于导电插槽底部的绝缘基体 (10-1)内或附着在绝缘基体 (10-1)上；所述各导电连接内片(10-3)与导电插槽(10-0)底部相接的上端是弯折结构，也可以是平直结构。

11.根据权利要求1所述金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

所述电堆导连接插板的导电插槽（10-0）的电极联接端之间间距H为上下同宽的垂直插入结构或上下不同宽的梯形插入结构。

12.根据权利要求9所述金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

所述电堆导连接插板的导电插槽（10-0）的分隔墙（10-4）中设置有内部调节孔（10-1-1）；所述内部调节孔（10-1-1）是一个贯穿分隔墙（10-4）的通孔，也可以在每个分隔墙（10-4）中设置两个以上的内部调节孔（10-1-1）。

13.根据权利要求9所述金属-空气电池构成的电堆，其特征在于：

所述电堆导连接插板的绝缘基体 (10-1)设置有中空区域（10-1-2）。