CN1427499A - 模块化金属－空气电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种模块化金属—空气电池，包括一金属板模块，一第一空气板模块和一第二空气板模块。该金属板模块具有一封装于一框体内的金属正极，框体的厚度大于金属正极的厚度。第一和第二空气板模块各有一封装于一框体内的空气负极，框体的厚度大于空气负极的厚度。第一空气板模块、金属板模块和第二空气板模块以将框体紧固结合在一起从而形成两空腔的方式组装成金属—空气电池。电解液可选择地注入到两空腔内。

Description

模块化金属-空气电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属-空气电池及其制造方法。

背景技术

金属-空气电池通常用于长时间的供电。图16示出一种传统的锌-空气电池的结构，其中包括一位于容置匣162内的锌正极161。该容置匣162有两个基本透空的面163，各透空面上覆盖有一空气负极164。容置匣162内充满电解液，使锌极浸入其中。该空气负极164为一张涂有空气负极材料-如活性碳-的金属网。空气负极164的内侧贴附一不织布制成的隔层。因此，只有空气可以流经空气负极164，而电解液可保持在容置匣162内。采用这样的配置，容置匣162内会产生化学反应，并经正、负导线166，167将电能引出。因为在一矩形的容置匣162上设置空气负极164较为困难，所以该传统金属-空气电池不易制造。而且，为获得不同于单个电池规格的能量和输出电压，须将多个电池绕接起来，并且需要较大的空间来放置这些电池，使得这种金属-空气电池的使用也不甚方便。因此，需要对上述的金属-空气电池作出改进。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种模块化的金属-空气电池，它包含多个电池模块，使之易于扩充以提供所需的输出电压和能量。

本发明的另一目的在于提供一种模块化金属-空气电池的制造方法，该电池包含多个便于制造的电池模块。

根据本发明一方面的技术方案在于提供一种模块化金属-空气电池，其特点是，包括：至少一块金属板模块，它具有一封装于一框体内的金属正极，该金属模块的框体的厚度大于该金属正极的厚度；一第一和一第二空气板模块，它们各有一封装在一框体内的空气负极，各空气板模块的框体的厚度大于该空气负极的厚度；该第一空气板模块，该至少为一块的金属板模块和该第二空气板模块以框体紧固结合在一起而至少形成两个空腔的方式组合成该金属-空气电池；以及可选择地被注入到该至少为两个的空腔中的电解液。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，必要时还可以依据使用的要求，调整设计并配置成包括至少一块再生板模块，它具有一封装在框体中的金属网，该再生板模块的框体的厚度大于该金属网的厚度，该至少一块再生板模块、该第一和第二空气板模块和该至少一块金属板模块以该至少一块再生板模块和至少一块金属板模块的框体被紧固地夹持在第一和第二空气板模块的间的方式组合成该金属-空气电池。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各空气负极贴附有一隔层，使空气得以流入并防止短路。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，该金属网的各面贴附有一隔层。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有进气槽、排气槽、电解液注入槽和电极浆排放槽，或是以上各槽的不同组合。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，还包括，至少一根正极导线、至少一根负极导线和可以至少一根再生导线分别经过框体内适当的导电体和金属正极、空气负极以及金属网相连接。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各空气板模块的空气负极设置在其框架的侧面上。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各空气板模块可以依据使用的要求，调整设计并配置成设有突出部一体形成在其框体上。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各空气板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有进气道与框体的进气槽连通，使空气得以流入空腔内，各再生板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有排气道与框体的排气槽连通，使氧气和烟雾得以排出该空腔，烟雾则可被导入适当的凝结设备中去除水分，可防止其中的大部分从电池系统中漏出，因此，使得电池系统内的电解液浓度可以在更长的时间里保持于适当的范围内，各金属板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有电解液注入道与框体的电解液注入槽连通，使电解液得以注入空腔内，各金属板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有电极浆排放道与框体的电极浆排放槽连通，使电极浆得以排出空腔外。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，各空气板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有进气道与框体的进气槽连通，使空气得以流入空腔内，各再生板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有排气口与框体的排气槽连通，使氧气和烟雾得以排出该空腔，烟雾则可被导入适当的凝结设备中去除水分，可防止其中的大部分从电池系统中漏出，因此，使得电池系统内的电解液浓度可以在更长的时间里保持于适当的范围内，各金属板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成为具有电解液注入口与框体的电解液注入槽连通，使电解液得以注入空腔内，各金属板模块的框体可以依据使用的要求，调整设计并配置成具有电极浆排放口与框体的电极浆排放槽连通，使电极浆得以排出空腔外。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，该至少一块金属板模块包括一块第一和一块第二金属板模块，而该至少一块再生板模块包括一块再生板模块，该金属-空气电池由第一空气板模块、第一金属板模块、再生板模块、第二金属板模块和第二空气板模块依次组合而成。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，该至少一块金属板模块包括一块金属板模块，而该至少一块再生板模块包括一块第一和一块第二再生板模块，该金属-空气电池由第一空气板模块、第一再生板模块、金属板模块、第二再生板模块和第二空气板模块依次组合而成。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，该至少一块金属板模块包括一块第一金属板模块、一块第二和一块第三金属板模块，而该至少一块再生板模块包括一块第一和一块第二再生板模块，该金属-空气电池由第一空气板模块、第一再生板模块、金属板模块、第二再生板模块和第二空气板模块依次组合而成。

前述的模块化金属-空气电池，其进一步特点是，可以依据使用电力与使用条件，采用该金属板模块、该再生板模块、该空气板模块依次组合而成，不以上述的实施案例组合为限。

根据本发明另一方面的技术方案又提供了一种模块化金属-空气电池的制造方法，其特点是，包括：一制造一空气板模块的工序，其步骤包括：从一薄膜卷展开一片薄膜；在该片薄膜上冲出一通孔；从一金属网卷中切出一片金属网；将该金属网贴附于该片薄膜上，使通孔被金属网盖住；将空气负极材料涂在贴附于薄膜的金属网上；从一隔层卷中切出一片隔层；将隔层贴附于金属网上；从薄膜卷上将薄膜切断；以及将薄膜装设于一框体；以及一制造一金属板模块的工序，其步骤包括：从一金属网卷展开一片金属网；在该金属网上涂以金属粉末；压紧金属网上的金属粉末形成一块金属板；从金属网卷上将该金属网切断；将金属网装设于一框体。

前述的模块化金属-空气电池制造方法，其进一步特点是，还包括一制造一再生板模块的工序，其步骤包括：从一金属网卷展开一片金属网，该金属网有两个面；从一隔层卷上切出两片隔层；将两隔层分别贴附于金属网的两面；从金属网卷上将该金属网切断；将金属网装设于一框体。

前述的模块化金属-空气电池制造方法，其进一步特点是，各片薄膜可由聚酯或其它适当的材料制成。

前述的模块化金属-空气电池制造方法，其进一步特点是，各片薄膜可由聚醯胺或其它适当的材料制成。

本发明的优点在于这种模块化的金属-空气电池，可通过方便地将多个电池组合在一起进行扩充以提供所需的输出电压和能量。

为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的模块化金属-空气电池的分解图；

图2A为图1中一个金属-空气电池模块的立体图；

图2B为图1中金属-空气电池模块另一形式的立体图；

图3A为图2中金属-空气电池模块沿AA’的剖视图；

图3B为图2中金属-空气电池模块沿BB’的剖视图；

图4A为图1中所示的空气板模块的立体图；

图4B为图1中所示的空气板模块替代形式的立体图；

图5A为图4中空气板模块沿AA’的剖视图；

图5B为图4中金属板模块沿BB’的剖视图；

图6为本发明的模块化金属-空气电池的立体图；

图7为图6所示的模块化金属-空气电池的剖视图；

图8显示了一由两块本发明的模块化金属-空气电池组合成的电池组；

图9为本发明再生板模块的立体图；

图10A为图9中再生板模块沿AA’的剖视图；

图10B为图9中再生板模块沿BB’的剖视图；

图11为本发明的可充电式模块化金属-空气电池的立体图；

图12为图11所示的可充电式模块化金属-空气电池的剖视图；

图13是显示本发明的空气板模块的制造过程的示意图；

图14是显示本发明的金属板模块的制造过程的示意图；

图15是显示本发明的再生板模块的制造过程的示意图；

图16为传统的锌-空气电池的立体图。

具体实施方式

图1为本发明的模块化金属-空气电池的分解图。该电池包括一金属板模块11、一第一空气板模块12以及一第二空气板模块13，三者的形状与大小相同。参看图2A，金属板模块11有一封装在框体112内的至少一个金属正极111。框体112界定有至少一个进气槽21、至少一个排气槽22、至少一个电解液注入槽23和至少一个电极浆排放槽24。图3A-沿图2A中AA’的金属板模块11的剖视图-显示了框体112的厚度大于金属正极111的厚度，从而在金属正极111的各面界定有一空间113。图3B-沿图2中BB’的金属板模块11的剖视图-显示了框体112在至少一个电解液注入槽23和空间113之间具有至少一个电解液注入道231，使得电解液注入槽23与空间113连通。而且，框体112在至少一个电极浆排放槽24和空间113之间具有至少一个电极浆排放道241，使得电极浆排放槽24和空间113连通。如图2B所示，在另一替代形式中，在框体112上形成至少一个电极浆排放口242。该电极浆排放口242用以替代电极浆排放道241使电极浆排放槽24和空间113连通。类似地在框体112上形成至少一个电解液注入口232，用以替代电解液注入道231使电解液注入槽23与空间113连通。

图4A显示了第一空气板模块12的立体图。该空气板模块12具有一封装在一框体122中的至少一个空气负极121。框体122上各界定有至少一个进气槽21、至少一个排气槽22、至少一个电解液注入槽23和至少一个电极浆排放槽24。图5A-沿图4A中AA’的第一空气板模块12的剖视图-显示了框体122的厚度大于空气负极121的厚度，从而在空气负极121的各面界定有一空间123。图5B-沿图4A中BB’的第一空气板模块12的剖视图-显示了框体122在进气槽21和空间123之间具有至少一个进气道211，使得在进气槽21和空间123连通。与金属板模块11的框体112类似，在另一替代形式中，框体122上形成至少一个进气口(未显示)，用以替代进气道211使进气槽21和空间123连通。也未限制该空气负极121须封装在框体122内，将其设置在框体122的侧面也可。图4B显示了空气板模块12的另一形式，其中，在框体122的一侧面界定有突出部125一体形成在框体122上，而空气负极121则设置在框体122的另一侧面。

再请参看图1，第二空气板模块13包括有封装在框体132内的至少一个空气负极131，其结构与第一空气板模块12相同。

金属板模块11被夹持在第一空气板模块12和第二空气板模块13中，组成以框体122，112，132紧固地结合在一起的金属-空气电池，如图6所示。各框体122，112，132的进气槽21成一直线。同样，各排气槽22、电解液注入槽23和电极浆排放槽24都分别成一直线。因此，如图7-图6中金属-空气电池的剖视图-所示，该金属-空气电池内形成两个由金属正极111隔开的空腔71。电解液通过电解液注入槽23和电解液注入道231(或电解液注入口232)注入这两个空腔71内，同时金属-空气电池在排放过程中产生的电极浆通过电极浆排放道241(或电极浆排放口242)和电极浆排放槽24排出。另外，可以看见各空气负极121，131贴附有一隔层72，使空气可流入空腔71同时防止电解液从空气负极121，131流出。

再请参看图6，该金属-空气电池设有分别穿过框体122，112，132的至少一根正极导线61和至少一根负极导线62。正极导线61通过至少一个适当的导电体与金属正极111电连接，负极导线62通过至少一个适当的导电体与空气负极121，131电连接。因而，可以通过该各至少一根的正负极导线61，62获得电池的能量。

上述的金属-空气电池提供了预设的输出电压和能量值。然而，如果需要不同的值，可以方便地将两块或更多的金属-空气电池以类似于将空气板模块12，13和金属板模块11组合的方式组合在一起。将上述金属-空气电池10和一相同的金属-空气电池10’的组合如图8所示，第一金属-空气电池10的框架122附装在第二金属-空气电池10’的框架132上而将两电池10，10’组合在一起。新鲜空气可以通过进气槽21和进气道211进入两电池10，10’之间的空腔80内。

该金属-空气电池10可以通过包含一个或多个再生板模块14转换成一可充电电池。再生板模块14的结构如图9所示。与金属板模块11和空气板模块12，13类似，该再生模块14有一封装在框体142内的金属网141。框体142各界定有至少一个进气槽21、至少一个排气槽22、至少一个电解液注入槽23和至少一个电极浆排放槽24。图10A-沿图9中AA’的再生板模块14的剖视图-显示了框体142的厚度大于金属网141的厚度，从而在金属网141的各面界定有一空间143。图10B-沿图9中BB’的再生板模块14的剖视图-显示了框体142在排气槽22和空间143之间具有至少一个排气道221，使得排气槽22与空间143连通。与金属板模块11的框体112类似，在另一替代形式中，框体142形成至少一个排气口(未显示)，用以替代排气道221使排气槽22和空间143连通。

图11为一可充电式金属-空气电池的立体图，该电池包括依次组合的第一空气板模块12、第一金属板模块11、再生板模块14、第二金属板模块15和第二空气板模块13。参看图12，该可充电式金属-空气电池界定有四个空腔71，电解液注入其中。金属网141的两面分别贴附有两隔层128，防止充电过程中产生短路。再参看图11，该可充电式金属-空气电池设有穿过框体122，112，142，152，132的至少一根再生导线69。该再生导线69通过至少一个适当的导电体与金属网141电连接。因而，该电池可以通过至少一根正极导线61和至少一根再生导线69进行充电。充电过程中产生的氧气和烟雾可以通过排气槽22和排气道221排出。然后烟雾可导入适当的凝结设备中去除水分；可防止其中的大部分从电池系统中漏出。因此，电池系统内的电解液浓度可以在更长的时间里保持于适当的范围内。

可充电式金属-空气电池并不限于上述结构。也可依次由第一空气板模块、第一再生板模块、金属板模块、第二再生板模块和第二空气板模块组合成可充电式金属-空气电池，或者依次由第一空气板模块、第一金属板模块、第一再生板模块、第二金属板模块、第二再生板模块、第三金属板模块和第二空气板模块组合而成。

此外，两块或更多的上述可充电式金属-空气电池可以方便地通过各个框体内的适当的导电体组合起来获得所需的输出电压和电池能量。

上述的金属-空气电池或可充电式金属-空气电池的结构适用于大规模生产。图13显示了生产空气板模块的过程。首先从一聚酯、聚醋胺或类似材料制成的薄膜卷133中展开一片薄膜1331。在该片薄膜上冲出一通孔1332。然后，从一金属网卷134中切出一片金属网1341。该片金属网1341贴在该片薄膜1331上并盖住该通孔1332。再将空气负极材料135涂布在贴附于薄膜1331上的金属网1341上。随后，从一隔层卷136中切出一片隔层1361，将该隔层1361贴在金属网1341上。最后，将薄膜1331从薄膜卷133上切断并封装在一框体137内而组成一空气板模块。因为该薄膜卷尤其适用于自动化生产，所以可以对空气板模块12进行大规模制造。

图14显示了金属板模块的制造过程。首先从一金属网卷144中展开一段金属网1441。将金属粉末145涂抹在该金属网1441上。然后将金属网1441上的金属粉末145压紧，而形成一金属板146。最后，将金属网1441从金属网卷144上切断并封装在一框体147内而组成一金属板模块。

图15显示了再生板模块的制造过程。首先从一金属网卷153中展开一段金属网1531。从隔层卷154上切下两片隔层1541，1542。将隔层1541，1542分别贴附在该金属网1531的两面。最后，将金属网1531从金属网卷153上切断并封装在一框体155内而组成一金属板模块。

Claims (17)

1.一种模块化金属-空气电池，其特征在于，包括：

至少一块金属板模块(11)，它具有一封装于一框体(112)内的金属正极(111)，该金属模块(11)的框体(112)的厚度大于该金属正极(111)的厚度；

一第一和一第二空气板模块(12，13)，它们各有一封装在一框体(122，132)内的空气负极(121，131)，各空气板模块(12，13)的框体(122，132)的厚度大于该空气负极(121，131)的厚度；

该第一空气板模块(12)，该至少为一块的金属板模块(11)和该第二空气板模块(13)以框体(122，112，132)紧固结合在一起而至少形成两个空腔(71)的方式组合成该金属-空气电池；以及

可选择地被注入到该至少为两个的空腔(71)中的电解液。

2.根据权利要求1所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，还包括至少一块再生板模块(14)，它具有一封装在框体(142)中的金属网(141)，该再生板模块(14)的框体(142)的厚度大于该金属网(141)的厚度，该至少一块再生板模块(14)，该第一和第二空气板模块(12，13)和该至少一块金属板模块(11)以该至少一块再生板模块(14)和至少一块金属板模块(11)的框体(142，112)被紧固地夹持在第一和第二空气板模块(12，13)之间的方式组合成该金属-空气电池。

3.根据权利要求2所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各空气负极(121，131)贴附有一隔层(72)，使空气得以流入并防止短路。

4.根据权利要求3所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，该金属网(141)的各面贴附有一隔层(128)。

5.根据权利要求4所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各框体(122，112，142，152，132)具有至少一个进气槽(21)、至少一个排气槽(22)、至少一个电解液注入槽(23)和至少一个电极浆排放槽(24)。

6.根据权利要求5所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，还包括，至少一根正极导线(61)，至少一根负极导线(62)和至少一根再生导线(69)分别经过至少一个适当的导电体和金属正极(11)、空气负极(121，131)以及金属网(141)相连接。

7.根据权利要求6所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各空气板模块(12，13)的空气负极(121，131)设置在其框架的侧面。

8.根据权利要求7所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各空气板模块(12，13)有突出部(125)一体形成在其框体上。

9.根据权利要求6所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各空气板模块(12，13)的框体(122，132)具有至少一个进气道(211)与框体(122，132)的至少一个进气槽(21)连通，使空气得以流入空腔(71)内，各再生板模块(14)的框体(142)具有至少一个排气道(221)与框体(122)的至少一个排气槽(22)连通，使氧气和烟雾得以排出该空腔(71)而被导入适当的凝结设备中去除水分，各金属板模块(11)的框体(112)具有至少一个电解液注入道(231)与框体(112)的至少一个电解液注入槽(23)连通，使电解液得以注入空腔(71)内，各金属板模块(11)的框体(112)具有至少一个电极浆排放道(241)与框体(112)的至少一个电极浆排放槽(24)连通，使电极浆得以排出空腔(71)外。

10.根据权利要求6所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，各空气板模块(12，13)的框体(122，132)具有至少一个进气道与框体(122，132)的至少一个进气槽(21)连通，使空气得以流入空腔(71)内，各再生板模块(14)的框体(142)具有至少一个排气口与框体(122)的至少一个排气槽(22)连通，使氧气和烟雾得以排出该空腔(71)，而烟雾被导入适当的凝结设备中去除水分，各金属板模块(11)的框体(112)具有至少一个电解液注入口(232)与框体(112)的至少一个电解液注入槽(23)连通，使电解液得以注入空腔(71)内，各金属板模块(11)的框体(112)具有至少一个电极浆排放口(242)与框体(112)的至少一个电极浆排放槽(24)连通，使电极浆得以排出空腔(71)外。

11.根据权利要求10所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，该至少一块金属板模块(11)包括一块第一和一块第二金属板模块(11，15)，而该至少一块再生板模块(14)包括一块再生板模块(14)，该金属-空气电池由该至少一块空气板模块(12)包括第一空气板模块(12)、第一金属板模块(11)、再生板模块(14)、第二金属板模块(15)和第二空气板模块(13)依次组合而成。

12.根据权利要求10所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，该至少一块金属板模块(11)包括一块金属板模块(11)，而该至少一块再生板模块(14)包括一块第一和一块第二再生板模块，该金属-空气电池由该至少一块空气板模块(12)包括第一空气板模块(12)、第一再生板模块、金属板模块、第二再生板模块和第二空气板模块(13)依次组合而成。

13.根据权利要求10所述的模块化金属-空气电池，其特征在于，该至少一块金属板模块(11)包括一块第一，一块第二和一块第三金属板模块，而该至少一块再生板模块(14)包括一块第一和一块第二再生板模块，该金属-空气电池由该至少一块空气板模块(12)包括第一空气板模块(12)、第一再生板模块，金属板模块、第二再生板模块和第二空气板模块(13)依次组合而成。

14.一种模块化金属-空气电池的制造方法，其特征在于，包括：

一制造一空气板模块的工序，其步骤包括：

从一薄膜卷(133)展开一片薄膜(1331)；

在该片薄膜上冲出一通孔(1332)；

从一金属网卷(134)中切出一片金属网(1341)；

将该金属网(1341)贴附于该片薄膜(1331)上，使通孔(1332)被金属网(1341)盖住；

将空气负极材料(135)涂在贴附于薄膜(1331)的金属网(1341)上；

从一隔层卷(136)中切出一片隔层(1361)；

将隔层(1361)贴附于金属网(1341)上；

从薄膜卷(133)上将薄膜(1331)切断；以及

将薄膜(1331)装设于一框体(137)；以及

一制造一金属板模块的工序，其步骤包括：

从一金属网卷(144)展开一片金属网(1441)；

在该金属网上涂以金属粉末(145)；

压紧金属网(1441)上的金属粉末(145)以形成一块金属板(146)；

从金属网卷(144)上将该金属网(1441)切断；

将金属网(1441)装设于一框体(147)。

15.根据权利要求14所述的模块化金属-空气电池制造方法，其特征在于，还包括一制造一再生板模块的工序，其步骤包括：

从一金属网卷(153)展开一片金属网(1531)，该金属网(1531)有两个面；

从一隔层卷(154)上切出两片隔层(1541，1542)；

将两隔层(1541，1542)分别贴附于金属网(1531)的两面；

从金属网卷(153)上将该金属网(1531)切断；

将金属网(1531)装设于一框体(155)内。

16.根据权利要求15所述的模块化金属-空气电池制造方法，其特征在于，各片薄膜可由聚酯或其它适当的材料制成。

17.根据权利要求15所述的模块化金属-空气电池制造方法，其特征在于，各片薄膜可由聚醯胺或其它适当的材料制成。

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