CN211017238U - 一种内氧式金属空气电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内氧式金属空气电池组，属于电池领域，本实用新型包括箱体，所述箱体内设有主框架、阴极膜组件、金属阳极板和用于连接相应极柱的导电片；所述阴极膜组件包括阴极膜、单体骨架和阴极柱；所述单体骨架的内部为空腔，所述单体骨架的上部开设有开口一，用于和大气连通，所述单体骨架的一侧开设有开口二，用于安装阴极膜，并与所述阴极膜组成一个进气结构一。本实用新型在电池阴极单体中通过将空气侧设置在内侧，而电解液侧设置在外侧，保护了阴极膜的空气侧；另外，当某个阴极膜失效泄漏时，其空气侧内部填满电解液，等于充当了导线的作用，不会导致电池组内部断路，整个电池组对外仍然具有电压电流。

Description

一种内氧式金属空气电池组

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体地说，涉及一种内氧式金属空气电池组。

背景技术

金属空气电池也叫金属燃料电池，本质上是金属(主要是镁、铝、锌)与空气中的氧气发生电化学反应。金属空气电池主要部件包括金属极(负极，或阳极)、空气极(正极，或阴极)、电解液和电池壳体等。金属空气电池工作时，空气中的氧气在催化剂的作用下，从电池的空气极得到电子，变成负离子进入电解液；而金属极原子失去电子，变成正离子进入电解液；正负离子在电解液中相遇，生成反应物。

金属空气电池组由多个电池串并联而成，由于金属空气电池的特殊性，金属空气电池组在实际应用过程中，需要考虑电解液加注，反应产物处理，以及金属消耗后空气极的损坏更换的问题。

经检索相关专利文献，现金属空气电池的结构形式主要有以下五种：

1.专利申请号为CN201710373151.5的专利公开了一种操作简便、导电连接效果好的单体金属-空气电池及由其构成的电堆和电堆组。所采用的技术方案是：一种单体金属-空气电池，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；所述的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所述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；其中，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。该专利的不足之处主要是：电堆由专利中所述的单体组成，一方面电堆在其中某一块单体出现泄漏后，电解液下降到一定液位时，此节单体发生断路，那么电堆就会呈现电池内部断路的状态，从而对外不能进行供电；另一方面阳极导电极柱与金属板之间未要求保持同种材料，两者之间会发生原电池反应。

2.专利申请号为CN200910010457.X的专利公开了一种具有一体化结构的金属空气电池系统，该金属空气电池系统具有结构紧凑、金属阳极与盖体具有一体化结构、空气阴极与壳体具有一体化结构以及制造工艺简单、空气阴极和金属阳极可方便地更换、电解液腔中阳极腐蚀产生的氢气可单向排出，而外界的气体、液体及其它杂质不易进入电池系统等优点。该专利的不足之处主要是：由于该专利为多节组电池一体化，势必带来每个不同型号的电池，必须要注塑不一样大的带膜壳体与盖体，这样导致电池没有办法进行模块化和标准化的组装，想要做出不同规格的电池组就增加了制作难度和成本。即使考虑后续的维护和更换，阴极膜损坏将导致电池组不可逆的失效。

3.专利申请号为CN201320623912.5的专利公开了一种立方体金属-空气电池，所采用的技术方案是：包括作为立方体上表面的盖板、由骨架和电解液槽组成的侧面以及底面，骨架上粘有空气电极，空气电极可拆卸式固定在电解液槽上，相邻侧面的空气电极之间通过导线连接，在电解液槽的内部设有金属电极插槽，用以固定金属电极板，盖板可拆卸式固定到四个金属电极上，盖板、侧面、底面组成的立方体位于外壳内，外壳内部四个角有铜片将空气电极串联，在外侧设有引流线串联，引流线将电池的电能引出，以供使用。该专利的不足之处主要是：其外表面虽有盖板进行保护，但是为了通风透气的需要，盖板上的孔洞在外界有水或其他液体入侵时，不具备防溅水的功能，因而也会导致膜失效的风险。

4.专利申请号为CN201820070997.1的专利公开了空气燃料电池及其空气通道结构件、组件、箱体结构。所采用的技术方案是：一种空气燃料电池，包括外箱、上盖、串联阴极组件、若干金属阳极片、电池阳极接线端子、电池阴极接线端子；外箱内置有电解溶液；上盖设有若干通气槽；串联阴极组件包括安装有两电池阴极片的若干组件本体；金属阳极片置于两相邻组件本体的电池阴极片之间；电池阳极接线端子与电池阴极接线端子分别与金属阳极片串联。该实用新型还涉及空气通道结构件、空气通道组件、空气燃料电池箱体结构。该实用新型采用独特的空气通道结构，提供给电池阴极良好的空气流通环境，提高电化学反应效率，增大电池输出。该专利的不足之处主要是：结构过于复杂，所述的空气阴极部分不是一体成型，需要进行相互配合密封，容易造成空气侧泄漏进入液体，造成电池单体的失效。

5.专利申请号为CN2012B0046959.5的专利公开了一种金属空气电池的技术方案，该方案包括：框架、阳极金属片和阴极导电组件；框架包括：矩形框本体和上盖板，矩形框本体的侧边开设有插口，阴极导电组件为两组，分别包括阴极空气极和与阴极空气极贴合的气窗板，两组阴极导电组件分别盖设在矩形框本体的上下框口以形成进气结构域，阳极金属片由矩形框本体的侧边插口插入进气结构域，且位于两组阴极导电组件的阴极空气极之间，上盖板插盖在所述插口上，一端抵住阳极金属片。该金属空气电池结构简单、体积小便于运送，另外，通过卡合结构可方便开合上盖板，从而方便拆卸回收氧化金属电极，提高了回收效率，节约了资源，但专利的不足之处主要是：阴极导电组件的内部为电池的反应区域来容置电解液，外部为空气，空气需透过气窗板进入阴极空气极与电解液及阳极金属片进行电化学反应，但是在阴极空气极失效或损坏后就会出现断路，电压消失，对外不能进行供电。

实用新型内容

1、要解决的问题

针对现有技术中，存在的电池阴极单体出现泄漏后，单体发生断路，对外不能进行供电的问题，本实用新型提供一种内氧式金属空气电池组，本装置在电池阴极单体中，其空气侧在内侧，而电解液侧在外侧，达到了电池阴极单体出现泄漏后，对外仍然可以进行供电的目的。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种内氧式金属空气电池组，包括箱体，所述箱体内设有主框架、阴极膜组件、金属阳极板和用于连接相应极柱的导电片；所述阴极膜组件包括阴极膜、单体骨架和阴极柱；所述阴极柱的下端与所述阴极膜固定连接，所述阴极柱的上端与导电片相连；所述单体骨架的内部为空腔，所述单体骨架的上部开设有开口一，用于和大气连通，所述单体骨架的一侧开设有开口二，用于安装阴极膜，并与所述阴极膜组成一个进气结构一；所述进气结构一的内部为空气，外部为电解液，且电解液位于主框架内，所述电解液的液位低于所述单体骨架开口一的高度。

更进一步地，所述主框架的内部设置有用来安装金属阳极板的卡槽一和用来安装阴极膜组件的卡槽二；所述金属阳极板和所述阴极膜组件分别沿卡槽一和卡槽二插入在所述主框架中。

更进一步地，所述金属阳极板上端设置有负极柱，所述负极柱采用的材料与所述金属阳极板采用的材料相同。

更进一步地，所述箱体上固定安装有顶盖，所述顶盖的四周设置有若干个通风孔。

更进一步地，所述单体骨架采用绝缘材料制成。

更进一步地，所述阴极膜可以通过胶水粘结在所述单体骨架上，还可以在单体骨架注塑生产时直接预埋在单体骨架中。

更进一步地，所述单体骨架的两侧均开设有开口二，用于安装阴极膜，并与所述阴极膜组成一个进气结构二，所述进气结构二的内部为空气，外部为电解液。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)电池阴极单体中，通过将空气侧设置在内侧，而电解液侧设置在外侧，这样设置的结构，保护了阴极膜的空气侧，避免了外界锐物对膜结构损坏后，导致的阴极膜失效泄漏的不利后果；另外，当电池组中某个阴极膜失效泄漏时，其空气侧内部填满电解液，等于充当了导线的作用，虽然这一块电池单体的电压消失，但不会导致电池组内部断路，整个电池组对外仍然具有电压电流；

(2)将电池阴极单体一体成型，既实现了单体的模块化，标准化；并且通过一体成型的工艺，解决了阴极膜边缘的密封问题；

(3)单体骨架的两侧分别布置阴极膜，可以在两侧面同时进行放电反应，使得电池箱体内部单位空间的发电效率成倍提升；

(4)金属阳极板与负极柱采用的材料相同，消除了负极柱因材料不同而导致原电池放电，进而产生腐蚀，最终引起导电的电阻增大的问题；

(5)电池箱体在外围整体承装电解液，最大程度的减少了电解液泄漏的风险。

附图说明

图1为内氧式金属空气电池组结构图；

图2为内氧式金属空气电池组剖视图；

图3为阴极膜组件主视图；

图4为阴极膜组件剖视图；

图5为阴极膜分别设置在单体骨架两侧时的结构示意图；

图6为金属阳极板主视图；

图7为主框架的剖视图。

图中：1、箱体；2、主框架；2A、卡槽一；2B、卡槽二；

3、阴极膜组件；3A、单体骨架；3B、阴极膜；3C、阴极柱；

4、金属阳极板；4A、负极柱；5、导电片；6、顶盖；6A、通风孔。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解，下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

实施例1

如图1、2所示，一种内氧式金属空气电池组，包括箱体1，箱体1内设有主框架2、阴极膜组件3、金属阳极板4和用于连接相应极柱的导电片5；主框架2是为了配合箱体1、阴极膜组件3、金属阳极板4装配所设计的一套结构件。在使用过程中，主框架2和阴极膜组件3、金属阳极板4安装后组成一个部件。导电片5连接阴极与阳极的外露桩头，再往主框架2内注入电解液，电池进行工作，在电池需要启动或停止的时候，可以将部件整体从箱体1中放入或取出。

如图7所示，主框架2的内部设置有用来安装金属阳极板4的卡槽一2A和用来安装阴极膜组件3的卡槽二2B；金属阳极板4和阴极膜组件3分别沿卡槽一2A和卡槽二2B插入在主框架2中。通过设置的卡槽一2A和卡槽二2B，方便安装和拆卸金属阳极板4和阴极膜组件3；在阴极膜组件3、金属阳极板4消耗结束时，通过卡槽一2A和卡槽二2B从主框架2上单独取出进行更换。

如图3、4所示，阴极膜组件3包括阴极膜3B、单体骨架3A和阴极柱3C；阴极柱3C的下端与阴极膜3B固定连接，阴极柱3C的上端与导电片5相连，阴极柱3C是由导电材料制成，其作用是将阴极膜3B的电流导出，通过导电片5与金属阳极板4连接形成电回路。单体骨架3A采用绝缘材料制成，单体骨架3A的内部为空腔，单体骨架3A的上部开设有开口一，用于和大气连通。单体骨架3A的一侧开设有开口二，用于安装阴极膜3B；本实施例中，阴极膜3B通过胶水粘结在单体骨架3A侧部的开口二处，降低阴极膜3B边缘泄漏的可能性，并与单体骨架3A组成一个进气结构一，进气结构一是一个阴极膜3B用一个空气腔；进气结构一的内部为空气，外部为电解液，即阴极膜3B的空气侧朝进气结构内，液体侧朝进气结构外，若电池组中某组阴极膜组件3的阴极膜3B出现损坏或失效时，电解液则通过孔隙进入进气结构内，则该组阴极膜组件3发生短路，此时该组件相当于一条导线的作用，电池组整体会损失一节电池单体的电压，但不会导致电池组内部断路，电池组整体仍能有效运行。

电解液的液位低于单体骨架3A开口一的高度，阴极膜组件3相对于电解液为密封部件，主框架2不仅为阴极膜组件3和金属阳极板4提供支撑，还能为各电池单体反应空间进行隔离。电解液位于箱体1的主框架2内，箱体1在外围整体承装电解液，最大程度的减少了电解液泄漏的风险。主框架2隔离出来的各个反应空间可以不完全密封，满足基本的隔离作用即可，这样的结构布置降低了密封的难度，也减少了电池失效的可能性。

如图6所示，金属阳极板4上端设置有负极柱4A，负极柱4A采用的材料与金属阳极板4采用的材料相同，在金属阳极板4和负极柱4A的材料不同时，容易导致原电池放电，进而产生腐蚀，最终引起导电的电阻增大，所以负极柱4A采用的材料与金属阳极板4采用的材料相同时，能够进一步的提高了电池组的使用寿命。

箱体1上固定安装有顶盖6，顶盖6的四周设置有通风孔6A，其中，顶盖6能够抵挡雨水、灰尘对于阴极膜3B的破坏，同时顶盖6四周的通风孔6A确保了电池内部的空气流动，雨水滴落在顶盖6上，溅起来的水滴不会进入四周侧壁的通风孔6A内，因而降低了阴极膜3B失效的风险。

实施例2

一种内氧式金属空气电池组，在实施例1的其他技术方案不变的基础上，其不同之处在于：其一，阴极膜3B是在单体骨架3A注塑生产时直接预埋在单体骨架3A中，免去后续粘接工序；将电池阴极单体一体成型，实现了单体的模块化，标准化，并且通过一体成型的工艺，解决了阴极膜边缘3B的密封问题。

其二，如图5所示，单体骨架3A两侧均开设有开口二，用于安装阴极膜3B，并与阴极膜3B组成一个进气结构二，进气结构二是两个阴极膜3B共用一个空气腔；进气结构二的内部为空气，外部为电解液，且电解液位于主框架2内，电解液的液位低于单体骨架3A开口一的高度；进气结构二可以两面进行放电反应，使得电池箱体1内部单位空间的发电效率成倍提升。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的普通技术人员应当了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都应落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种内氧式金属空气电池组，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)内设有主框架(2)、阴极膜组件(3)、金属阳极板(4)和用于连接相应极柱的导电片(5)；所述阴极膜组件(3)包括阴极膜(3B)、单体骨架(3A)和阴极柱(3C)；所述阴极柱(3C)的下端与所述阴极膜(3B)固定连接，所述阴极柱(3C)的上端与导电片(5)相连；所述单体骨架(3A)的内部为空腔，所述单体骨架(3A)的上部开设有开口一，用于和大气连通，所述单体骨架(3A)的一侧开设有开口二，用于安装阴极膜(3B)，并与所述阴极膜(3B)组成一个进气结构一；所述进气结构一的内部为空气，外部为电解液，且电解液位于主框架(2)内，所述电解液的液位低于所述单体骨架(3A)开口一的高度。

2.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述主框架(2)的内部设置有用来安装金属阳极板(4)的卡槽一(2A)，和用来安装阴极膜组件(3)的卡槽二(2B)；所述金属阳极板(4)和所述阴极膜组件(3)分别沿卡槽一(2A)和卡槽二(2B)插入在所述主框架(2)中。

3.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述金属阳极板(4)上端设置有负极柱(4A)，所述负极柱(4A)采用的材料与所述金属阳极板(4)采用的材料相同。

4.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述箱体(1)上固定安装有顶盖(6)，所述顶盖(6)的四周设置有若干个通风孔(6A)。

5.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述单体骨架(3A)采用绝缘材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述阴极膜(3B)可以粘结在所述单体骨架(3A)上，还可以在单体骨架(3A)注塑生产时直接预埋在单体骨架(3A)中。

7.根据权利要求1所述的一种内氧式金属空气电池组，其特征在于，所述单体骨架(3A)的两侧均开设有开口二，用于安装阴极膜(3B)，并与所述阴极膜(3B)组成一个进气结构二，所述进气结构二的内部为空气，外部为电解液。

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