CN110875468A - 金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池及其覆盖方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池，所述化学电池包括安装在电池内部的金属负极和电池正极；所述金属负极与电池正极不接触地相面对，其间存在电解液；所述金属负极包括金属负极基体（2）和绝缘层（3）；所述绝缘层覆盖金属负极基体；在与电池正极相面对的金属负极相对面排布有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域，位于该区域的金属负极基体裸露于电解液中，与电池正极相面对产生电场。可显著提高电池放电过程金属负极材料的利用率，大幅度降低电池放电过程以及电池停止放电退液时的发热和氢气析出，实现电池长期稳定安全放电，保证电池停止放电时的安全。

Description

金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池及其覆盖方法
技术领域
本发明属于能源领域，特别涉及一种金属负极被绝缘层覆盖的化学电池及其覆盖方法。
背景技术
以金属材料作为负极的化学电池有很多种，包括金属燃料电池（也称为金属-空气电池）、海水电池，等。目前开发的金属燃料电池主要有铝燃料电池（铝-空气电池）、镁燃料电池（镁-空气电池）、锌燃料电池（锌-空气电池）、锂燃料电池（锂-空气电池），等等。目前开发的海水电池主要有镁海水电池、铝海水电池、锌海水电池，等等。铝燃料电池的金属负极为铝合金，镁燃料电池的金属负极为镁合金，锌燃料电池的金属负极为锌合金，锂燃料电池的金属负极为锂或者锂合金。同样，镁海水电池的金属负极为镁合金、铝海水电池的金属负极为铝合金，锌海水电池的金属负极为锌合金。采用金属材料为负极的化学电池的充电方式有机械式充电和采用外加电源充电两种。采用外加电源充电的化学电池也称为可充电电池。对于机械式充电的化学电池（包括金属燃料电池、海水电池等），放电过程金属负极因不断溶解进入电解液而消耗之后，通过补加负极金属材料或者更换新的金属负极，保证放电过程继续进行。对于可充电的化学电池（包括金属燃料电池、海水电池等），放电过程金属负极因不断溶解进入电解液而消耗完之后，需要采用外加电源对电池进行充电，使溶解在电解液中的金属离子重新在负极沉积出原子态的金属，再继续进行放电。目前，这类化学电池的金属负极均采用片状或者板状的金属材料。化学电池中的金属负极与电池正极相面对但不接触，与电池正极表面相对的金属负极表面的形状及尺寸与电池正极的相同或者基本相同。由于这类化学电池的电池正极和金属负极的性能不同，往往金属负极的电化学活性优于电池正极。采用正极和负极相同或者基本相同的电极结构，导致金属负极的利用率低、自腐蚀严重，电池放电过程不仅发热严重而且大量析出氢气，成为电池运行的安全隐患。此外，目前这类化学电池的片状或者板状金属负极的底部均采用水平结构。底部具有水平结构的片状或者板状金属负极在停止放电退液时，因电解液在金属负极表面长时间停留而大量产生氢气，也成为电池运行的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池，所述化学电池包括安装在电池内部的金属负极和电池正极；所述金属负极与电池正极不接触地相对，其间存在电解液；所述金属负极包括金属负极基体和绝缘层；所述绝缘层覆盖金属负极基体；在与电池正极相面对的金属负极相对面排布有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域，位于该区域的金属负极基体裸露于电解液中，与电池正极相面对产生电场。
更佳的是，所述金属负极边缘区域的未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积小于该金属负极中部未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积。
更佳的是，所述金属负极基体是采用一种或两种以上同一结构或不同结构的金属负极基体构建成型；所述绝缘层与所述构建成型的金属负极基体相适配地将其覆盖，在与电池正极相面对的金属负极表面留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域。
所述金属负极的形状包括板型、柱型、片型、带型和曲面型；所述金属负极的底部为平面或者非平面结构。
所述金属负极基体的结构包括条状结构、柱状结构、环状结构、片状结构和板状结构。
更佳的是，所述绝缘层的材料全部是刚性的；或者仅仅与所覆盖金属负极基体、或者与金属负极的导电连接体相接的区域是具有弹性的而其余部分是刚性的，或者整体是具有弹性的；或者绝缘层的刚性区域是以渐变的方式逐渐过渡到弹性区域的。
所述绝缘层覆盖金属负极基体包括双方粘附在一起，或者是双方贴合在一起，或者是双方挤压在一起，或者是双方相互靠近，或者是双方相互嵌入，或者是一方插入另一方的结构中，或者是熔融态的一方浇注到另一方的结构中后凝固成型；也可以是上述两种或者多种覆盖方式兼有。
所述金属负极的电输出端导电体通过导电连接体导电层与金属负极基体导电连接；所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是用相同或不相同材质的金属材料制成。
更佳的是，所述金属负极的电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是一体式结构；或者是电输出端导电体和导电连接体导电层为一体式结构，金属负极基体安装在导电连接体导层；或者是导电连接体导电层和金属负极基体为一体式结构，电输出端导电体安装在导电连接体导层；或者所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体各自为独立的结构，依次安装在一起。
本发明为解决现有技术存在的问题，提出了一种金属负极被绝缘材料覆盖的方法，用于将金属负极以及与金属负极相适配的电池正极安装在电池内部，与电解液一起构成化学电池；所述金属负极与电池正极不接触地相面对；尤其是，在所述金属负极的金属负极基体上覆盖绝缘层；与电池正极相面对的金属负极相对面上留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域，位于该区域的金属基体负极裸露于电解液中，与电池正极相对产生电场。
更佳的是，所述金属负极边缘区域的未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积小于该金属负极中部未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积。
更佳的是，所述金属负极基体是采用一种或两种以上同一结构或不同结构的金属负极基体构建成型；所述绝缘层与所述构建成型的金属负极基体相适配地将其覆盖，在与电池正极相面对的金属负极表面留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域。
所述金属负极的形状包括板型、柱型、片型、带型和曲面型；所述金属负极的底部为平面或者非平面结构。
所述金属负极基体的结构包括条状结构、柱状结构、环状结构、片状结构和板状结构。
更佳的是，所述绝缘层的材料全部是全刚性的；或者仅仅与所覆盖金属负极基体或者与所述金属负极的导电连接体相接的区域是具有弹性的而其余部分是刚性的，或者整体是具有弹性的，或者绝缘层的刚性区域是以渐变的方式逐渐过渡到弹性区域的。
所述绝缘层覆盖金属负极基体包括双方粘附在一起，或者是双方贴合在一起，或者是双方挤压在一起，或者是双方相互靠近，或者是双方相互嵌入，或者是一方插入另一方的结构中，或者是熔融态的一方浇注到另一方的结构中后凝固成型；也可以是上述两种或者多种覆盖方式兼有。
所述金属负极的电输出端导电体通过导电连接体导电层与金属负极基体导电连接；所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是用相同或不相同材质的金属材料制成。
所述金属负极的电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是一体式结构；或者是电输出端导电体和导电连接体导电层为一体式结构，金属负极基体安装在导电连接体导层；或者是导电连接体导电层和金属负极基体为一体式结构，电输出端导电体安装在导电连接体导层；或者所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体各自为独立的结构，依次安装在一起。
本发明提出了一种金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池及其覆盖方法，可显著提高电池放电过程金属负极材料的利用率，大幅度降低电池放电过程以及电池停止放电退液时的发热和氢气析出，实现电池长期稳定安全放电，保证电池停止放电时的安全。
附图说明
附图1是本发明优选实施例一中由条状结构金属负极基体2-1构成板型结构金属负极的正面结构示图、G-G剖面结构示意图和G’—G’剖面结构示意图。
附图2是附图1中的栅栏结构绝缘层3-1与条状结构金属负极基体2-1之间相互嵌合的方式。
附图3是本发明优选实施二中由柱状结构金属负极基体2-2构成板型结构金属负极的正面结构示意图a、俯视图b、H-H剖面结构示意图和I-I剖面结构示意图。
附图4是图3中去除内设通透孔和槽绝缘层3-2后的正面结构示意图、A-A剖面结构示意图、B-B剖面结构示意图和与圆柱形电输出端相关部分的局部剖面放大示意图。
附图5是图3中的内设通透孔和槽绝缘层3-2的正面结构示意图和其C-C剖面结构示意图。
附图6是本发明优选实施例三中柱型结构金属负极的正视结构示意图a)、俯视结构示意图b)和D-D剖面结构示意图。
附图7是本发明优选实施例四中曲面片型结构金属负极的立体结构示意图和其E-E剖面结构示意图。
附图8是本发明优选实施例五中平面板型结构金属负极的正视结构示意图和其F-F剖面结构示意图。
附图9是本发明优选实施例六中条状结构金属负极基体2-1、导电连接体导电层4-1和电输出端导电体1-1采用相同材质并合为一体的立体结构示意图。
附图10是本发明优选实施例六中套形结构绝缘层3-8的立体结构示意图。
附图11是本发明优选实施例六中采用套形结构绝缘层形成板型结构金属负极的立体结构示意图。
附图12是本发明优选实施例七中导电连接体导电层被包埋在包埋结构绝缘层3-7内的正视结构示意图及M-M剖面结构示意图，其中包埋结构绝缘层3-7内设置有绝缘层内通透槽3-4。
附图13是本发明优选实施例七中将熔融态金属负极基体材料浇注到包埋结构绝缘层3-7的绝缘层内通透槽3-4中凝固后形成的条状结构金属负极基体2-1与包埋结构绝缘层3-7构成板型结构金属负极的正视结构示意图及N-N剖面结构示意图。
附图14是本发明优选实施例八中导电连接体导电层被包埋在包埋结构绝缘层3-7内的正视结构示意图及P-P剖面结构示意图，其中包埋结构绝缘层3-7内设置有绝缘层内通透孔3-3。
附图15 是本发明优选实施例八中将柱状结构金属负极基体2-2插入图14中的绝缘层内通透孔（3-3）中形成的板型结构金属负极正视结构示意图及R-R剖面结构示意图。
符号说明：
1：电输出端
1-1：电输出端导电体
1-2：电输出端绝缘层
2：金属负极基体
2-1：条状结构金属负极基体
2-2：柱状结构金属负极基体
2-3：环状结构金属负极基体
2-4：金属负极底部插头
2-5：曲面片状结构金属负极基体
2-6：板状结构金属负极基体
3：绝缘层
3-1：栅栏结构绝缘层
3-1-1：栅栏结构绝缘层外框
3-1-2：栅栏结构绝缘层分隔栅
3-2：内设通透孔和槽的绝缘层
3-3：绝缘层内通透孔
3-4：绝缘层内通透槽
3-5：环状结构绝缘层
3-6：内设不规则通透槽绝缘层
3-6-1：绝缘层内形状不规则的通透槽
3-7：包埋结构绝缘层
3-8：套形结构绝缘层
3-8-1：套形结构绝缘层分隔栅
3-8-2：套形结构绝缘层套入口
3-9：条状结构绝缘层
4：导电连接体
4-1：导电连接体导电层
4-2：导电连接体绝缘层
4-3：导电连接体导电层内凹槽
4-4：导电连接体导电层内插孔
5：金属负极底部
5-1：锥形双向倾斜金属负极底部
5-2：锥形金属负极底部
5-3：单向倾斜金属负极底部。
具体实施方式
下面结合各优选实施例和附图对本发明的化学电池及其金属负极构建方法给出详细说明。
优选实施例一：一种有绝缘层覆盖的金属负极的化学电池，包括安装在化学电池内的金属负极和空气电极；所述金属负极与电池正极不接触地相面对，其间有电解液。如图1和图2所示，本例中是板型结构的金属负极。该金属负极包括电输出端导电体1-1、导电连接体导电层4-1、金属负极基体2和绝缘层3；其中电输出端导电体1-1、导电连接体导电层4-1、金属负极基体2采用相同的金属材质一体式制成，金属负极基体2包括N个条状结构金属负极基体2-1,其中N≥2。所述条状结构金属负极基体2-1有间距地竖直排布在导电连接体导电层4-1的底部，该导电连接体导电层4-1的顶部是电输出端导电体1-1，本例中电输出端导电体1-1和导电连接体导电层4-1的形状相同，无明显的分界；导电连接体导电层4-1的顶部与电输出端导电体1-1连接为一体，如图1所示。导电连接体导电层4-1的外沿包覆有导电连接体绝缘层4-2。各条状结构金属负极基体2-1的宽度不同。其中，当N≥3时，排列在金属负极两边的条状结构金属负极基体2-1的宽度W1比排列在金属负极中部的条状结构金属负极基体2-1的宽度W2宽小，即金属负极两边缘区域的未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积小于该金属负极中部未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积。所述绝缘层3是与所述金属负极基体2相适配的栅栏结构绝缘层3-1，所述栅栏结构绝缘层3-1的栅栏结构绝缘层外框3-1-1将金属负极基体2的底部及左右两侧壁包覆在其内，栅栏结构绝缘层3-1的竖直的栅栏结构绝缘层分隔栅3-1-2恰好插入各条状结构金属负极基体之间的间距中，使所述栅栏结构绝缘层3-1与金属负极基体2紧密嵌合为一体。栅栏结构绝缘层3-1贴合在条状结构金属负极基体2-1的左右侧面，将其覆盖，未被栅栏结构绝缘层3-1覆盖的各条状结构金属负极基体2-1的表面区域与电池中的正极相对。
所述栅栏结构绝缘层3-1可以整体采用刚性的绝缘材料，也可以仅仅是与条状结构金属负极基体2-1相接触的局部区域采用具有弹性的绝缘材料，其余部分为刚性的。所述金属负极底部，也是所述栅栏结构绝缘层3-1的底部，为锥形双倾斜金属负极底部5-1。图2给出了图1中的绝缘体3与金属负极基体2之间一种相互嵌合的结合方式。
优选实施例二：本实施例中的化学电池，与实施例一基本相似，金属负极也是板型结构，其不同之处在于金属负极是由不同结构的金属负极基体2构建的。参见图3和图4，本实施例中的金属负极基体2包括数个柱状结构金属负极基体2-2和数个条状结构金属负极基体2-1；所述柱状结构金属负极基体2-2和条状结构金属负极基体2-1对称排布在导电连接体导电层4-1的前、后面。所述柱状结构金属负极基体2-2、条状结构金属负极基体2-1和导电连接体导电层4-1采用相同材质的金属材料一体式构建而成。本实施例中，条状结构的金属负极基体2-1位于靠近金属负极的边缘区域，柱状结构金属负极基体2-2位于靠近金属负极的中部区域。
所述导电连接体导电层4-1的顶端连接圆柱形的电输出端导电体1-1，所述圆柱形的电输出端导电体1-1的外侧环绕有电输出端绝缘层1-2。电输出端导电体1-1的材质与导电连接体导电层4-1的不同。导电连接体导电层4-1的上端设置有导电连接体导电层内凹槽4-3。电输出端导电体1-1的下端设置有与该导电连接体导电层内凹槽4-3相匹配的、可插入到导电连接体导电层内凹槽4-3内的结构。电输出端导电体1-1的下端插入到导电连接体导电层内凹槽4-3中，实现电输出端导电体1-1与导电连接体导电层4-1之间的导电连接。
参见图3和图5，所述金属负极基体上覆盖有内设通透孔和槽的绝缘层3-2，该绝缘层上设置有绝缘层内通透孔3-3和绝缘层内通透槽3-4，绝缘层内通透孔3-3和绝缘层内通透槽3-4的形状、尺寸及排布与金属负极基体2的柱状结构金属负极基体2-2和条状结构金属负极基体2-1相适配，所述内设通透孔和槽的绝缘层3-2的绝缘层内通透孔3-3和绝缘层内通透槽3-4各自套在柱状结构金属负极基体2-2和条状结构的金属负极基体2-1上，并将柱状结构金属负极基体2-2和条状结构金属负极基体2-1的端面裸露在外，用于与化学电池中的电池正极相面对形成电场。所述内设通透孔和槽的绝缘层3-2与柱状结构金属负极基体2-2、条状结构金属负极基体2-1的侧面以及导电连接体导电层4-1的外表面之间紧密贴合地将其覆盖。绝缘层采用具有弹性的绝缘材料制成。金属负极的底部具有锥形结构金属负极底部5-2。
优选实施例三：参见图6，本实施例中的化学电池的金属负极是一种柱型结构金属负极。所述金属负极的金属负极基体2包括1个柱状结构金属负极基体2-2和M个环状结构金属负极基体2-3，其中M≥1；导电连接体导电层4-1与电输出端导电体1-1均采用金属铜一体式制成；所述柱状结构金属负极基体2-2和环状结构金属负极基体2-3采用与导电连接体导电层4-1不同的材料制成，相互独立；所述柱状结构金属负极基体2-2和环状结构金属负极基体2-3安装于导电连接体导电层4-1上；所述柱状结构金属负极基体2-2位于导电连接体导电层4-1的中部，多个环状结构金属负极基体2-3以所述柱状结构金属负极基体2-2为中心，彼此有间距地、一环套一环地排布在导电连接体导电层4-1上；所述金属负极的绝缘层2包括M+1个环形结构绝缘层3-5，所述环形结构绝缘层3-5分别插入金属负极基本体2的环状结构金属负极基体2-3之间，以及环状结构金属负极基体2-3和柱状结构金属负极基体2-2之间。环形结构绝缘层3-5的侧壁与环状结构金属负极基体2-3的侧壁、柱状结构金属负极基体2-2的侧壁以及导电连接体导电层4-1的上表面紧密贴合，并将其覆盖。仅环状结构金属负极基体2-3和柱状结构金属负极基体2-2的与正极相面对的端面暴露在外，用于在电池中与电池正极之间形成电场。
所述导电连接体导电层4-1上设置有导电连接体导电层内插孔4-4；所述环状结构金属负极基体2-3和柱状结构金属负极基体2-2上均设置有与导电连接体导电层内插孔4-4相适配的金属负极底部插头2-4；所述环状结构金属负极基体2-3和柱状结构金属负极基体2-2的金属负极底部插头2-4插入导电连接体导电层内插孔4-4中，实现环状结构金属负极基体2-3和柱状结构金属负极基体2-2与导电连接体导电层4-1之间的导电连接。
优选实施例四：本实施例中的化学电池的金属负极是一种曲面片型结构金属负极；其金属负极基体2由一个曲面片状结构金属负极基体2-5构成，参见图7。其中，电输出端导电体1-1、导电连接体导电层4-1和曲面片状结构金属负极基体2-5采用相同的金属材料一体式制成；电输出端导电体1-1与导电连接体导电层4-1之间无分界，视为一体；导电连接体导电层4-1与曲面片状结构金属基体2-5之间无分界，视为一体；曲面片状结构金属负极基体2-5面对空气电极的表面设置有多个呈折线状延伸的条状结构绝缘层3-9。条状结构绝缘层3-9粘合在曲面片状结构金属负极基体2-5的表面，将粘合区域的曲面片状结构金属负极基体2-5覆盖。曲面片状结构金属负极基体2-5上未被条状结构绝缘层3-9覆盖的区域，用于在电池中与电池正极之间形成电场。
优选实施例五：本实施例中的化学电池的金属负极是一种平面板型结构的金属负极，参见图8。其金属负极基体是一块板状结构金属负极基体2-6；该板状结构金属负极基体2-6的面对空气电极的表面附着有内设不规则通透槽绝缘层3-6；所述内设不规则通透槽绝缘层3-6内设置有多个相互独立且形状不规则的通透的槽3-6-1，用于将位于槽内的板状结构金属负极基体2-6暴露在外，与化学电池中的电池正极相对，形成电场。板状结构金属负极基体2-6与内设不规则通透槽绝缘层3-6之间紧密贴合在一起，位于贴合在一起区域的板状结构金属负极基体2-6被绝缘层覆盖。金属负极的底部具有单向倾斜金属负极底部5-3。本实施例中的板状结构金属负极基体2-6、导电连接体导电层4-1和电输出端导电体1-1采用相同的金属材质一体式制成，三者之间无分界。
优选实施例六：一种板型结构金属负极的化学电池。如图9所示，其金属负极的条状结构金属负极基体2-1、导电连接体导电层4-1和电输出端导电体1-1采用相同材质，一体式构成。如图10所示，套形结构绝缘层3-8由套形结构绝缘层分隔栅3-8-1和套形结构绝缘层套入口3-8-2构成。将图9中的条状结构金属负极基体2-1由图10中的套形结构绝缘层套入口3-8-2插入套形结构绝缘层，形成图11所示板型结构金属负极。其中，套形结构绝缘层分隔栅3-8-1的侧边与条状结构金属负极基体2-1的侧边相贴合并将其覆盖，未被套形结构绝缘层分隔栅3-8-1侧边覆盖的条状结构金属负极基体2-1裸露在外的表面，在化学电池中与电池正极之间形成电场。
优选实施例七：一种板型结构金属负极的化学电池及绝缘层的覆盖方法。如图12所示，该金属负极的导电连接体导电层4-1与电输出端导电体1-1采用不同的材质制成分离的个体，两者再紧密地结合在一起实现导电连接。导电连接体导电层4-1被包埋在包埋结构绝缘层3-7中，其间紧密结合。在化学电池中、与电池正极相面对的金属负极一侧的包埋结构绝缘层3-7中设置有绝缘层内通透槽3-4，位于绝缘层内通透槽3-4处的导电连接体导电层4-1未被包埋结构绝缘层3-7覆盖；位于金属负极其它侧面的包埋结构绝缘层3-7均为致密完整结构，将导电连接体导电层4-1其它区域完整覆盖。包埋结构绝缘层3-7是刚性结构且耐温。如图12所示，将熔融态金属负极基体材料浇注到绝缘层内通透槽3-4中，凝固后形成如图13所示的条状结构金属负极基体2-1。条状结构金属负极基体2-1的底部与导电连接体导电层4-1之间紧密结合实现导电连接。条状结构金属负极基体2-1的材质与导电连接体导电层4-1和电输出端导电体1-1均不同。包埋结构绝缘层3-7与条状结构金属负极基体2-1的侧面结合紧密并将其覆盖。在化学电池中，条状结构金属负极基体2-1的暴露在外的区域与电池正极之间形成电场。
优选实施例八：一种板型结构金属负极的化学电池及绝缘层的覆盖方法。如图14所示，所述金属负极的导电连接体导电层4-1与电输出端导电体1-1采用相同的材质制成一体式的结构。导电连接体导电层4-1被包埋在包埋结构绝缘层3-7中，其间紧密结合。在化学电池中，与电池正极相面对的金属负极一侧的包埋结构绝缘层3-7中设置有绝缘层内通透孔3-3，位于绝缘层内通透槽3-3处的导电连接体导电层4-1未被包埋结构绝缘层3-7覆盖。位于金属负极其它侧面的包埋结构绝缘层3-7均为致密完整结构，将导电连接体导电层4-1完整覆盖。包埋结构绝缘层3-7整体是刚性结构，但在绝缘层内通透孔3-3处具有弹性。如图14所示，将柱状结构金属负极基体2-2插入（嵌入）到绝缘层内通透孔3-3中，形成如图15所示的板型结构金属负极。插入绝缘层内通透孔3-3中的柱状结构金属负极基体2-2的底部与导电连接体导电层4-1之间紧密结合实现导电连接。柱状结构金属负极基体2-2与导电连接体导电层4-1的材质不同。包埋结构绝缘层3-7与柱状结构金属负极基体2-2的侧面结合紧密并将其覆盖。在化学电池中，柱状结构金属负极基体2-2的暴露在外的区域与电池正极之间形成电场。其中，位于板型结构金属负极边缘区域的柱状结构金属负极基体2-2暴露在外的面积小于位于板型结构金属负极中部区域的柱状结构金属负极基体2-2暴露在外的面积。
上述各例中，所述绝缘层覆盖金属负极基体的方法可以采用双方粘附在一起、或者是双方贴合在一起，或者是双方挤压在一起，或者是双方相互靠近，或者是双方相互嵌入，或者是一方插入另一方的结构中，或者是熔融态的一方浇注到另一方的结构中后凝固成型，也可以是上述二种或者多种覆盖方式兼有。
上述实施例中，只是仅为更清楚地理解本发明原则之目的而制定的可能实施办法的示例，可显著提高化学电池放电过程负极金属材料的利用率，大幅度降低化学电池放电过程的发热和析氢，同时也大幅度降低化学电池停止放电退液时的发热和析氢，保证了这类化学电池能够长期稳定发电，也保证了这类化学电池在长期稳定发电过程中的安全运行。在不违背本发明的宗旨和原则的基本，对本发明的上述实施例可进行多项组合与修正，此类组合和修改应该纳入本发明保护范围。

Claims (18)

1.一种金属负极被绝缘材料覆盖的化学电池，所述化学电池包括安装在电池内部的金属负极和电池正极；所述金属负极与电池正极不接触地相面对，其间存在电解液；其特征在于：
所述金属负极包括金属负极基体（2）和绝缘层（3）；所述绝缘层覆盖金属负极基体；在与电池正极相面对的金属负极相对面排布有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域，位于该区域的金属负极基体裸露于电解液中，与电池正极相面对产生电场。
2.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极边缘区域的未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积小于该金属负极中部未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积。
3.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极基体是采用一种或两种以上同一结构或不同结构的金属负极基体构建成型；所述绝缘层与所述构建成型的金属负极基体相适配地将其覆盖，在与电池正极相面对的金属负极表面留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域。
4.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极的形状包括板型、柱型、片型、带型和曲面型；所述金属负极的底部为平面或者非平面结构。
5.按照权利要求4所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极基体的结构包括条状结构、柱状结构、环状结构、片状结构和板状结构。
6.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述绝缘层的材料全部是刚性的；或者仅仅与所覆盖金属负极基体、或者与金属负极的导电连接体相接的区域是具有弹性的而其余部分是刚性的，或者整体是具有弹性的；或者绝缘层的刚性区域是以渐变的方式逐渐过渡到弹性区域的。
7.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述绝缘层覆盖金属负极基体包括双方粘附在一起，或者是双方贴合在一起，或者是双方挤压在一起，或者是双方相互靠近，或者是双方相互嵌入，或者是一方插入另一方的结构中，或者是熔融态的一方浇注到另一方的结构中后凝固成型；也可以是上述两种或者多种覆盖方式兼有。
8.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极的电输出端导电体通过导电连接体导电层与金属负极基体导电连接；所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是用相同的或不相同的金属材料制成。
9.按照权利要求1所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极的电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是一体式结构；或者是电输出端导电体和导电连接体导电层为一体式结构，金属负极基体安装在导电连接体导层；或者是导电连接体导电层和金属负极基体为一体式结构，电输出端导电体安装在导电连接体导层；或者所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体各自为独立的结构，依次安装在一起。
10.一种金属负极被绝缘材料覆盖的方法，用于将金属负极以及与金属负极相适配的电池正极安装在电池内部，与电解液一起构成化学电池；所述金属负极与电池正极不接触地相面对；其特征在于：
在所述金属负极的金属负极基体上覆盖有绝缘层；在与电池正极相面对的金属负极相对面上留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域，位于该区域的金属负极基体裸露在电解液中，与电池正极相面对产生电场。
11.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述金属负极边缘区域的未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积小于该金属负极中部未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域的总面积。
12.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述金属负极基体是采用一种或两种以上同一结构或不同结构的金属负极基体构建成型；所述绝缘层与所述构建成型的金属负极基体相适配地将其覆盖，在与电池正极相面对的金属负极表面留有未被绝缘层覆盖的金属负极基体区域。
13.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述金属负极的形状包括板型、柱型、片型、带型和曲面型；所述金属负极的底部为平面或者非平面结构。
14.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述金属负极基体的结构包括条状结构、柱状结构、环状结构、片状结构和板状结构。
15.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述绝缘层的材料全部是全刚性的，或者仅仅与所覆盖金属基体或者与所述金属负极的导电连接体相接的区域是具有弹性的而其余部分是刚性的，或者整体是具有弹性的，或者绝缘层的刚性区域是以渐变的方式逐渐过渡到弹性区域的。
16.按照权利要求10所述的金属负极被绝缘材料覆盖的方法，其特征在于：
所述绝缘层覆盖金属负极基体包括双方粘附在一起，或者是双方贴合在一起，或者是双方挤压在一起，或者是双方相互靠近，或者是双方相互嵌入，或者是一方插入另一方的结构中，或者是熔融态的一方浇注到另一方的结构中后凝固成型；也可以是上述两种或者多种覆盖方式兼有。
17.按照权利要求10所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极的电输出端导电体通过导电连接体导电层与金属负极基体导电连接；所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是用相同的或不相同的金属材料制成。
18.按照权利要求10所述的化学电池，其特征在于：
所述金属负极基体的电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体是一体式结构；或者是电输出端导电体和导电连接体导电层为一体式结构，金属负极基体安装在导电连接体导层；或者是导电连接体导电层和金属负极基体为一体式结构，电输出端导电体安装在导电连接体导层；或者所述电输出端导电体、导电连接体导电层和金属负极基体各自为独立的结构，依次安装在一起。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100385711C (zh) * 2003-12-12 2008-04-30 松下电器产业株式会社 用于锂离子二次电池的电极、使用该电极的锂离子二次电池、和所述电池的制备方法
CN104347894A (zh) * 2013-08-02 2015-02-11 中国人民解放军63971部队 一种沉积型水系锂离子电池
CN106450512A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 清华大学 一种具有分子筛固体电解质层的金属电池
CN108365178A (zh) * 2018-02-11 2018-08-03 珠海光宇电池有限公司 一种锂金属负极的保护方法、锂金属负极及锂电池

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102315420B (zh) * 2010-07-05 2014-09-10 中国科学院上海硅酸盐研究所 具有保护层的金属负极结构及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100385711C (zh) * 2003-12-12 2008-04-30 松下电器产业株式会社 用于锂离子二次电池的电极、使用该电极的锂离子二次电池、和所述电池的制备方法
CN104347894A (zh) * 2013-08-02 2015-02-11 中国人民解放军63971部队 一种沉积型水系锂离子电池
CN106450512A (zh) * 2016-09-29 2017-02-22 清华大学 一种具有分子筛固体电解质层的金属电池
CN108365178A (zh) * 2018-02-11 2018-08-03 珠海光宇电池有限公司 一种锂金属负极的保护方法、锂金属负极及锂电池

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