CN210576215U - 一种复合式负极及其应用的金属空气电池单体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式负极及其应用的金属空气电池单体，包括基板、金属负极板和负极引出铜片连接件，所述金属负极板附着于所述基板表面，所述负极引出铜片连接件的中间部分与所述两块金属负极板紧密吻合接触，所述负极引出铜片连接件的两端与电池单体上的正极引出连接件紧密吻合接触。本实用新型实施例中的金属空气电池的复合式负极，采用基板+金属负极板的复合结构，将参与放电反应的金属负极板通过基板插装垂直固定在单体框架内部的正中央，在反应过程中，只有金属负极板与正极反应，可以直接将所有金属负极板全部反应完全，提高了负极金属材料的反应效率。

Description

一种复合式负极及其应用的金属空气电池单体

技术领域

本实用新型涉及金属空气电池技术领域，具体涉及一种复合式负极及其应用的金属空气电池单体。

背景技术

金属空气电池单体是以空气中的氧为正极活性物质，以金属为负极活性物质，以导电溶液为电解液，在正极催化剂的催化作用下发生放电反应而产生电能的一种化学电源。

目前金属空气电池的金属负极多为单片结构，金属负极在使用过程中越来越薄，所以必须保留一定的厚度或纵横骨架结构，以防止金属负极板跌落于电池反应腔体内，这样会造成电池的负极金属板使用不完全，造成负极材料的浪费，而且还可能对电池内部结构造成损坏，影响电池正常使用，金属负极板引出连接面积小，连接方式繁琐，连接电阻大，线路损耗严重，影响放电效率。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种金属空气电池的复合式负极及金属空气电池单体，以解决现有负极金属板在金属空气电池中放电反应不完全、负极引出连接件电阻大，放电效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种金属空气电池的复合式负极，包括基板、金属负极板和负极引出铜片连接件，所述金属负极板附着于所述基板表面，所述负极引出铜片连接件固定于所述基板的顶部，且所述负极引出铜片连接件与所述金属负极板紧密接触。

作为本申请一种优选的实施方式，所述复合式负极包括两块所述金属负极板，两块所述金属负极板对称地附着于所述基板的两侧面。当将复合式负极插入到单体框架的反应腔体后，两侧面的金属负极板可分别与单体框架两侧面的正极并联发生两组放电反应，从而提高了电池单体的发电量。

进一步地，作为本申请一种优选的实施方式，所述复合式负极还包括绝缘柄，所述绝缘柄固定设置于所述基板的顶部，所述负极引出铜片连接件位于所述绝缘柄和所述基板的顶部之间，且所述负极引出铜片连接件的两端从所述绝缘柄的两端部伸出。

作为本申请的一种具体实施方式，所述绝缘柄采用硬塑胶将所述基板、金属负极板和负极引出铜片连接件包裹成为一体，绝缘柄采用的硬塑胶能够耐高温耐强碱，提高电池使用寿命。

进一步地，作为本申请一种优选的实施方式，所述复合式负极还包括固定于基板中部的负极密封圈，所述基板中部位于基板顶部和金属负极板附着的基板区域之间。

作为本申请的一种具体实施方式，所述负极密封圈采用软塑胶材料一体注塑成型于所述基板的中部。当将复合式负极插入单体框架内部后，负极密封圈可以避免电解液从复合式负极和单体框架之间的装配缝隙泄露，负极密封圈的软塑胶材料能够耐高温耐强碱，保证电池单体在工作周期内部不会因电解液腐蚀破损而发生泄漏。

进一步地，作为本申请一种优选的实施方式，所述基板的外边缘超出金属负极板的外边缘形成定位凸筋，且所述基板的外边缘形成定位凸筋。当将复合式负极插入单体框架内部时，定位凸筋正好嵌入到单体框架的负极定位槽内部，从而方便了金属燃料的安装。

作为本申请一种优选的实施方式，所述金属负极板包括铝板、镁板或其他金属。

作为本申请一种优选的实施方式，所述基板包括不参与金属空气电池内部放电反应的不锈钢板或非金属板，不会在使用过程中发生损耗，整个负极通过基板安装在单体框架内部，不会出现在使用过程中不确定金属板状态的情况下断裂导致负极掉落电池反应腔体内部的情况。

基于相同的实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种金属空气电池，包括单体框架、正极和复合式负极。其中，复合式电极如前所述。所述单体框架内部设有反应腔体，所述反应腔体的两侧面设置反应窗口，所述正极固定在单体框架上并将反应窗口覆盖遮蔽，所述反应腔体内的电解液通过正极密封，同时允许空气进入正极，所述负极插装在单体框架的反应腔体内，所述金属负极板与正极之间形成电解液自由流通的通道。

进一步地，所述单体框架上设置与负极等宽的负极插槽，所述负极插槽的两侧设置有与定位凸筋导向限位的负极定位槽。

本实用新型实施例中的金属空气电池的复合式负极，采用基板+金属负极板的复合结构，将参与放电反应的金属负极板通过基板插装固定在单体框架内部，在反应过程中，只有金属负极板与正极发生放电反应，可以直接将所有金属负极板全部反应完全，提高了负极金属材料的反应效率。基板采用不与电解液发生反应并且耐高温、高强度的薄板材料，不会在使用过程中发生损耗和形变，整个负极通过基板安装在单体框架内部，不会出现在使用过程中负极板掉落在电池内部的情况；复合式负极采用通过插槽和定位槽放入的方式，垂直定位于单体框架的正中部位，保持两边的正负极等距，更换金属燃料更简单快捷；负极与单体框架之间设有负极密封圈，能够有效地对单体框架内部的电解液起到密封作用。

综上所述，本实用新型中的复合式负极结构，其效果体现在：(1)解决了负极板使用不完全问题，提高了负极板的使用效率；(2)解决了负极板与单体框架之间由于密封不好而漏液的问题，(3)解决了负极引出连接的问题，通过改变负极引出连接方式，大大地降低了负极引出极的电阻，提高了负极的输出能力和使用效率，并做到了可环保分类回收利用，(4)提高了负极更换的便捷性和生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例的金属空气电池单体结构示意图。

图2为本实用新型实施例的金属空气电池单体内部的复合式负极装配示意图。

图3为本实用新型实施例的金属空气电池单体中复合式负极的抽出状态示意图。

图4为本实用新型实施例中的复合式负极结构示意图。

图5为本实用新型实施例中的单体框架结构示意图。

图中标号：

1-单体框架，100-反应窗口，101-绝缘条，102-反应腔体，103-负极插槽，104-负极定位槽，105-负极引出固定孔；

2-正极；

3-复合式负极，300-负极引出铜片连接件，301-基板，302-金属负极板，303-定位凸筋，304-绝缘柄，305-负极密封圈。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1至图3，为本实用新型实施例中的金属空气电池单体具体实施实例。在本实施例中的金属空气电池单体中包括单体框架1、正极2和复合式负极3，以下结合图示中的金属空气电池单体的具体结构详细说明该复合式负极。

如图4所示，本实施例中的复合式负极3是一种复合板式结构，包括负极引出铜片连接件300、基板301以及金属负极板302。其中，金属负极板302采用参与金属空气电池内部放电反应的负极金属材料，一般为铝板、镁板、锌板或其他可以参与金属空气电池反应的金属板；基板301为整个负极的固定安装结构，采用不参金属空气电池内部放电反应的不锈钢板或者具有耐强碱腐蚀的金属板和非金属板，金属负极板302附着固定在基板301的表面，并通过基板301固定插装到单体框架1的反应腔体内部。负极引出铜片连接件300为整个电池的引出负极连接部件，负极引出铜片连接件300的中间部分与两块金属负极板302紧密吻合接触，达到40×10^-6欧姆(微欧级)的连接电阻。负极引出铜片连接件300两头则引出固定到基板301的顶部，从绝缘密封柄两端伸出，整个复合式负极在插装到电池单体内部后，基板301的顶部连同负极引出铜片连接件300露于单体框架外部，与电池单体上的正极引出连接件紧密吻合接触，便于电池排线。

具体的，本实施例在基板301的两侧面均贴附有金属负极板302。将复合式负极插入到单体框架的反应腔体内部后，两侧面的金属负极板302可分别与单体框架两侧面的正极并联发生两组放电反应，提高电池单体的发电量。实际应用中，可以根据电池单体的内部结构以及电池额定发电功率设计选择在基板301的单面或者双面设置不同规格、不同材质的金属负极板302。金属负极板302可以通过耐高温耐强碱的胶粘、焊接、冷轧、热轧、爆炸复合的方式精密无缝贴附固定在基板表面，避免金属负极板302浸泡在电解液的强碱环境因腐蚀导致与基板发生脱离。

结合图5，单体框架1内部设置有反应腔体102，反应腔体102两侧的单体框架上开设反应窗口100，在反应腔体102的顶部设置与负极3等宽的负极插槽103，负极3从负极插槽103插入单体框架1内部的反应腔体102内部。在负极插槽103的两端延伸至反应腔体102内部设有个设有一条负极定位槽104，负极3的基板301外边缘超出金属负极板302外边缘形成定位凸筋303，在将负极3通过负极插槽103插入反应腔体102内部的过程中，定位凸筋303正好嵌入到负极定位槽104内部，整个负极3在负极定位槽104的导向作用下安装到位，并且负极3在反应腔体内部由负极定位槽104定位，避免金属负极板发生变形、移位后与正极直接接触发生短路。

金属空气电池单体的正极2固定在单体框架1的外侧面将反应腔体102的反应窗口100遮盖封闭，正极2与负极3的金属负极板302之间形成电解液自由流通的通道，反应窗口100通过正极2封闭，反应腔体102内部的电解液不能够从反应窗口流出，同时允许外部空气进入正极，空气中的氧气通过反应窗口100与负极金属以及电解液发生放电反应进行发电，在反应窗口100上还布置由若干绝缘条101将反应窗口100进行分割，对正极2进行支撑，防止正极2因为反应窗口100面积过大发生变形后与负极接触短路。正极2通过单体框架1两端面的正极引出铜片延伸到单体框架反应腔体顶部，与负极引出铜片连接件一同进行电池的排线。金属空气电池的正极材料为现有材料，本实施例仅对本实用新型的复合式负极进行详细说明，有关金属空气电池的电解原理以及正极材料均为本领域常规技术，本实施例在此不对其进行赘述。

由于负极插装到单体框架1内部后，基板301的顶部暴露在单体框架顶部，一来便于设置负极引出铜片连接件300，二来便于抓持更换负极。本实施例将基板301的顶部固定设置绝缘柄304，绝缘柄304采用耐高温耐强碱的硬塑胶材料包裹基板301、金属负极板302顶部和负极引出铜片连接件300一体成型，整个绝缘柄304沿单体框架的横向布置，在将负极3插装到单体框架内部的反应腔体102后，将负极插槽103封闭，对应两组金属负极板的两组负极引出铜片连接件300固定设置在绝缘柄304的顶部并从绝缘柄的端部伸出，与单体框架1顶部的负极引出固定孔105锁紧固定。

在将负极3插入到单体框架1内部后，为了避免电解液从负极3和单体框架之间的装配缝隙泄漏，在负极3的基板顶部绝缘柄304和金属负极板302之间的与单体框架直接接触的基板上设置一圈负极密封圈305，负极密封圈305将负极3的基板与单体框架之间的装配缝隙密封，负极密封圈305可以采用耐高温耐强碱的软塑胶材料直接一体注塑成型在基板301上。设置负极密封圈305所在的基板宽度设置成小于金属负极板所在的基板宽度，形成一个颈部，两侧空出来的区域在负极插入到单体框架内部后，与反应腔体形成一个供电解液循环流通的溢流通道。

本实用新型实施例中的金属空气电池的复合式负极，采用基板+金属负极板+引出铜片的复合结构，将参与放电反应的金属负极板通过基板插装固定在单体框架内部，在反应过程中，只有金属负极板与正极反应，可以直接将所有金属负极板全部反应完全，提高了负极金属材料的反应效率；基板采用不与电解液发生反应并且耐高温、高强度的薄板材料，不会在使用过程中发生损耗和形变，整个金属负极通过基板安装在单体框架内部，不会出现在使用过程中负极掉落电池反应腔体内部的情况；复合式负极采用通过插槽和定位槽放入的方式，垂直定位于单体框架的正中部位，保持两边的正负极间平行且等距，更换金属燃料更简单快捷；负极与单体框架之间设有负极密封圈，能够有效地对单体框架内部的电解液起到密封作用。

本领域的普通技术人员理解，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合式负极，其特征在于，包括基板、金属负极板和负极引出铜片连接件，所述金属负极板附着于所述基板表面，所述负极引出铜片连接件固定于所述基板的顶部，且所述负极引出铜片连接件与所述金属负极板紧密接触。

2.如权利要求1所述的复合式负极，其特征在于，所述复合式负极包括两块所述金属负极板，两块所述金属负极板对称地附着于所述基板的两侧面。

3.如权利要求1所述的复合式负极，其特征在于，所述复合式负极还包括绝缘柄，所述绝缘柄固定设置于所述基板的顶部，所述负极引出铜片连接件位于所述绝缘柄和所述基板的顶部之间，且所述负极引出铜片连接件的两端从所述绝缘柄的两端部伸出。

4.如权利要求3所述的复合式负极，其特征在于，所述绝缘柄采用硬塑胶将所述基板、金属负极板和负极引出铜片连接件包裹成为一体。

5.如权利要求3所述的复合式负极，其特征在于，所述复合式负极还包括固定于基板中部的负极密封圈，所述基板中部位于基板顶部和金属负极板附着的基板区域之间。

6.如权利要求5所述的复合式负极，其特征在于，所述负极密封圈采用软塑胶材料一体注塑成型于所述基板的中部。

7.如权利要求6所述的复合式负极，其特征在于，所述基板的外边缘超出金属负极板的外边缘形成定位凸筋。

8.如权利要求1所述的复合式负极，其特征在于，所述金属负极板通过耐高温耐强碱的胶粘、焊接、冷轧、热轧或爆炸复合的方式精密无缝贴附固定于所述基板的表面，所述基板采用不与电解液发生反应的不锈钢或非金属板材，所述基板垂直定位于单体框架的正中部位，并保持与两边的正极平行且等距。

9.一种金属空气电池单体，包括单体框架、正极和复合式负极，其特征在于，所述复合式负极如权利要求1-8任一项所述；

所述单体框架内部设有反应腔体，所述反应腔体的两侧面设置反应窗口，所述正极固定在单体框架上并将反应窗口覆盖遮蔽，所述反应腔体内的电解液通过正极密封，同时允许空气进入正极，所述负极插装在单体框架的反应腔体内，所述金属负极板与正极之间形成电解液自由流通的通道。

10.如权利要求9所述的金属空气电池单体，其特征在于，所述单体框架上设置与负极等宽的负极插槽，所述负极插槽的两侧设置有与定位凸筋导向限位的负极定位槽。

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