CN111326760B - 金属/空气电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种金属/空气电池，包括单电池或2节以上的串联连接的单电池；单电池包括单电池壳体、金属阳极、空气阴极；空气阴极包括金属集流体、催化层和扩散层；金属集流体为一金属网，于空气阴极四周边缘处设置有、与金属网四周边缘固接的二片平行设置的环状金属片；空气阴极位于环状金属片内部；于单电池壳体内靠近二个侧壁面C处分别设置有一与侧壁面C平行的环形密封框，空气阴极置于侧壁面C和环形密封框之间；环形密封框的四周边缘与单电池壳体内壁面间密封连接；空气阴极置于单电池壳体内时，其上沿圆弧线弯折的环状金属片的弯折圆弧线处分别与单电池壳体内壁面和环形密封框相抵接密封。本发明单电池阴极与单电池壳体间密封可靠性显著增加。

Description

金属/空气电池
技术领域
本发明涉及一种金属/空气电池。具体地说是一种镁、铝、锌及其合金等为阳极的电池。
背景技术
金属/空气电池是一种采用金属(如镁、铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液或中性盐水作为电解质溶液的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富、且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。金属/空气电池具有能量密度高，安全性高，反应物和产物无污染，工作安静隐蔽性好，金属燃料储存、运输、携带安全方便且干态存储时间长，只要不断更换金属阳极和电解液，电池可持续稳定供电等特点。镁/空气电池在反应过程中消耗金属镁、空气中的氧气和水，生成氢氧化镁。
由于单体金属/空气电池的工作电压只有1-1.5V，在遇到有较高额定电压的需求的用电设备时，多需将多个金属/空气单电池串联起来使用，以获得较高的输出电压，多节串联后，电池组的可靠性尤为重要，电池组的可靠性主要取决于单电池的密封，而阴极密封不佳是导致单电池漏液的主要原因。电池结构决定需要密封的主要是催化层与壳体之间的密封。金属/空气电池的阴极多采用催化剂和粘接剂混合作为催化层，催化剂常选用碳粉作为载体。传统电池密封多采用粘接或直接与密封线密封等等方式密封。胶黏方式多存在胶黏剂与催化层剥离，或者胶黏剂与催化层结合致使与集流体或扩散层剥离等问题。而密封线直接与电极催化层接触密封，则常因催化剂中碳粉脱落，或者催化层表面粗糙度过大等原因，致使密封面接触不良，进而引发漏液。
发明内容
本发明针对现有金属/空气电池在使用过程中极易存在阴极密封不牢、易漏液的问题，发明一种金属/空气电池单电池，实现阴极的有效密封，同时实现阴极集流的快速可靠连接，提高电池组的可靠性、易用性。
一种金属/空气电池，包括单电池或2节以上的串联连接的单电池；单电池包括单电池壳体，置于电池壳体内的一片垂直于单电池壳体底部的金属阳极、两片置于金属阳极两侧且与金属阳极平行的空气阴极，由单电池壳体、金属阳极及空气阴极构成的电解液腔；空气阴极靠近单电池壳体相对的二个可使阴极与外部空气接触的、镂空的侧壁面C；
空气阴极包括金属集流体、阴极催化层和扩散层；其特征在于：
金属集流体为一金属网，于空气阴极四周边缘处设置有、与金属网四周边缘固接的二片平行设置的环状金属片；空气阴极位于环状金属片内部；
于靠近空气阴极上表面的一片环状金属片远离空气阴极的外侧边缘处的下表面设有一环状凹陷，于环状金属片下表面形成一向上凹陷的凹槽，与凹槽相对应的环状金属片上表面即形成向上突出的垂直通过阴极几何中心的截面为圆弧线的突起A；于靠近空气阴极上表面的一片环状金属片、远离空气阴极的外侧边缘、沿圆弧线向空气阴极的上表面的四周边缘处弯折，使突起A与空气阴极上表面边缘处相抵接；
于靠近空气阴极下表面的另一片环状金属片远离空气阴极的外侧边缘处的上表面设有一环状凹陷，于环状金属片上表面形成一向下凹陷的凹槽，与凹槽相对应的环状金属片下表面即形成向下突出的垂直通过阴极几何中心的截面为圆弧线的突起B；于靠近空气阴极下表面的一片环状金属片、远离空气阴极的外侧边缘、沿圆弧线向空气阴极的下表面的四周边缘处弯折，使突起B与空气阴极下表面边缘处相抵接；
于单电池壳体内靠近二个侧壁面C处分别设置有一与侧壁面C平行的环形密封框，空气阴极置于侧壁面C和环形密封框之间；环形密封框的四周边缘与单电池壳体内壁面间密封连接；
空气阴极置于单电池壳体内时，其上沿圆弧线弯折的环状金属片的弯折圆弧线处分别与单电池壳体内壁面和环形密封框相抵接密封。
所述集流体为一中部网状结构金属集流体，四周外部边缘设有两层层叠的环形金属片结构；
所述空气阴极制备过程中通过将环形金属集流体翻折并与壳体和环形密封框压紧，实现密封。
金属集流体与环状金属片之间连接处通过焊接磨平方式实现平整及密封。
所述单电池壳体上设置有集流点，分别与两侧阴极上的环状金属片相抵接，实现电流收集。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池组具有以下优点：
(1)单电池阴极与单电池壳体间密封可靠性显著增加；
(2)电池两侧阴极集流可一体实现，简化组装工艺。
附图说明
图1金属/空气电池金属集流体截面结构示意图
图2金属/空气电池阴极结构截面图
图3金属/空气电池电池密封结构示意图
图4实施例放电曲线
图5对比例放电曲线
图中，1-金属网，2-环状金属片，3-集流体，4-催化层，5-扩散层，6-金属阳极，7-单电池壳，8-密封垫，9-端板，10-拉杆轴，11-螺母,12-注液口，13-排液口,14-阴极。
具体实施方式
实施例：
设计铝空气电池单电池，采用图示3所述单电池结构，阴极采用图2结构所示阴极(14)，采用铝合金作为阳极，厚度3mm，阴极(14)与单电池壳之间有密封垫(8)，阴极(14)与金属端板(9)之间抵接，两金属端板(9)之间通过拉杆轴(10)与螺母(11)紧固固定，单电池内部密封通过注液口(12)与排液口(13)进行电解液循环供给。电极面积为10cm2,阳极和阴极极间距为5mm，电解质为氢氧化钾水溶液，以45W恒功率放电，从金属端板与电极接触处进行电流收集，并从端板输出，得到单电池放电曲线如图4所示，电池稳定放电8h，直至阳极消耗完全。
对比例：
设计铝空气电池单电池，采用传统阴极无特殊处理，用胶水粘接至点电池壳体上，采用铝合金作为阳极，厚度3mm，单电池内部密封通过注液口与排液口进行电解液循环供给。电极面积为10cm2,阳极和阴极极间距为5mm，电解质为氢氧化钾水溶液，以45W恒功率放电，得到单电池放电曲线如图5所示，电池稳定放电3h后，电压变开始明显波动并显著下降，单电池出现漏液情况。

Claims (4)

1.一种金属/空气电池，包括单电池或2节以上的串联连接的单电池；
单电池包括单电池壳体，置于电池壳体内的一片垂直于单电池壳体底部的金属阳极、两片置于金属阳极两侧且与金属阳极平行的空气阴极，由单电池壳体、金属阳极及空气阴极构成的电解液腔；空气阴极靠近单电池壳体相对的二个可使阴极与外部空气接触的、镂空的侧壁面C；
空气阴极包括金属集流体、催化层和扩散层；其特征在于：
金属集流体为一金属网，于空气阴极四周边缘处设置有、与金属网四周边缘固接的二片平行设置的环状金属片；空气阴极位于环状金属片内部；
于靠近空气阴极上表面的一片环状金属片远离空气阴极的外侧边缘处的下表面设有一环状凹陷，于环状金属片下表面形成一向上凹陷的凹槽，与凹槽相对应的环状金属片上表面即形成向上突出的垂直通过阴极几何中心的截面为圆弧线的突起A；于靠近空气阴极上表面的一片环状金属片、远离空气阴极的外侧边缘、沿圆弧线向空气阴极的上表面的四周边缘处弯折，使突起A与空气阴极上表面边缘处相抵接；
于靠近空气阴极下表面的另一片环状金属片远离空气阴极的外侧边缘处的上表面设有一环状凹陷，于环状金属片上表面形成一向下凹陷的凹槽，与凹槽相对应的环状金属片下表面即形成向下突出的垂直通过阴极几何中心的截面为圆弧线的突起B；于靠近空气阴极下表面的一片环状金属片、远离空气阴极的外侧边缘、沿圆弧线向空气阴极的下表面的四周边缘处弯折，使突起B与空气阴极下表面边缘处相抵接；
于单电池壳体内靠近二个侧壁面C处分别设置有一与侧壁面C平行的环形密封框，空气阴极置于侧壁面C和环形密封框之间；环形密封框的四周边缘与单电池壳体内壁面间密封连接；
空气阴极置于单电池壳体内时，其上沿圆弧线弯折的环状金属片的弯折圆弧线处分别与单电池壳体内壁面和环形密封框相抵接密封。
2.按照权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：
所述集流体为一中部网状结构金属集流体，四周外部边缘设有两层层叠的环状金属片；
所述空气阴极制备过程中通过将环状金属片翻折并与壳体和环形密封框压紧，实现密封。
3.按照权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：
金属集流体与环状金属片之间连接处通过焊接磨平方式实现平整及密封。
4.按照权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：
所述单电池壳体上设置有集流点，分别与两侧阴极上的环状金属片连接，通过内置于单电池壳体内环状金属片体，导出至单电池外合适位置。
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