本實用新型涉及化學(xué)電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種金屬空氣電池用框架及金屬空氣電池組。

背景技術(shù)：

近年來，金屬空氣電池被科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注，經(jīng)測試，金屬空氣電池的理論密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池，因此，金屬空氣電池被普遍認(rèn)為是汽車動力電源的最佳候選電池之一。

金屬空氣電池主要由空氣電極、金屬負(fù)極、電解液和隔膜構(gòu)成。金屬負(fù)極包括鐵、鋅、鎂、鋁以及鉀、鈉、鋰等活潑金屬，其中，鐵、鋅、鎂、鋁在空氣中可以長期保存，以其作為負(fù)極的金屬空氣電池常設(shè)計成干荷電池，電池平時不帶電解液，不發(fā)電，使用時，只需加入電解液進(jìn)行激活即可進(jìn)行發(fā)電，滿足離線式發(fā)電需求。

目前，單體電池的電壓較低，一般在0.8－1.6V，很難為用電器件提供工作電壓，因此需要提升電池電壓。若要將單體電池升到5V，電子電路實現(xiàn)困難，轉(zhuǎn)換效率低，且體積較大。為解決上述技術(shù)問題，通常將數(shù)個電池單體串聯(lián)。但是，現(xiàn)有的技術(shù)方案中，串聯(lián)時是將單體電池按空氣電極面平行排列組合而成，串聯(lián)后單體電池之間的空間較小，空氣電極與空氣的接觸不夠全面，影響發(fā)電效率。因此，需要開發(fā)一種結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、方便攜帶且發(fā)電效率高的金屬空氣電池，以滿足市場需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的第一目的在于提供金屬空氣電池用框架，以解決采用現(xiàn)有技術(shù)的金屬空氣電池框架造成的體積大、不變攜帶的技術(shù)問題。

本實用新型的第二目的在于提供一種金屬空氣電池組，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的體積大、不變攜帶且發(fā)電效率低的問題。

為了實現(xiàn)本實用新型的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種金屬空氣電池用框架，包括框架本體，所述框架本體上設(shè)有至少兩個依次相鄰且相互獨(dú)立的金屬電極槽和與各所述金屬電極槽分別相對應(yīng)的空氣電極窗口；相對應(yīng)的所述金屬電極槽和所述空氣電極窗口相連通。

進(jìn)一步的，所述框架本體上固設(shè)有至少一個隔板，所述隔板將相鄰的兩個所述金屬電極槽隔開，所述隔板上設(shè)有用于流通電解液的通孔。

進(jìn)一步的，所述框架本體上固設(shè)有電解液儲罐，所述金屬電極槽和所述空氣電極窗口之間的腔體于所述電解液儲罐相連通。

進(jìn)一步的，所述金屬電極槽位于所述框架本體的中間部位，所述空氣電極窗口位于所述框架本體的側(cè)面，且每個所述金屬電極槽對應(yīng)兩個所述空氣電極窗口；相應(yīng)的，兩個所述空氣電極窗口相對于所述金屬電極槽對稱設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述框架本體采用3D打印技術(shù)一體打印而成。

一種金屬空氣電池組，包括上述金屬空氣電池用框架，各所述金屬電極槽內(nèi)固定插設(shè)有金屬電極，各所述空氣電極窗口均固設(shè)有空氣電極；所述框架本體、所述金屬電極、所述空氣電極與所述隔板圍成用于容納電解液的容納腔體。

進(jìn)一步的，所述金屬電極外表面包覆有隔膜。

進(jìn)一步的，所述空氣電極內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電碳?xì)帧?/p>

進(jìn)一步的，所述空氣電極外側(cè)設(shè)置有電池網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述金屬電極和所述空氣電極上均設(shè)有用于匯集電流的導(dǎo)電集流體。

與已有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果：

本實用新型提供的金屬空氣電池用框架，包括框架本體、相互獨(dú)立設(shè)置在框架本體上的金屬電極槽和與各個金屬電極槽相對應(yīng)的空氣電極窗口，每個金屬電極槽和與之相對應(yīng)的空氣電極窗口之間形成了一獨(dú)立的金屬空氣電池載體單元，各獨(dú)立的金屬空氣電池載體單元逐次連接可形成一個整體框架本體，從而實現(xiàn)了各金屬空氣電池載體單元之間的無縫連接，有效減少了組合后的電池組的體積，方便攜帶。

本實用新型提供的金屬空氣電池組，通過采用上述金屬空氣電池用框架，在各個金屬電極槽中插設(shè)金屬電極，在各個空氣電極窗口上固定連接空氣電極，因此，能夠在上述金屬空氣電池用框架中裝配若干個金屬空氣電池，并將多個金屬空氣電池連接成一個整體，通過電路間的串聯(lián)或并聯(lián)，形成具有高放電電壓或高放電電流的金屬空氣電池組。因為框架本體為一體結(jié)構(gòu)，所以單電池之間沒有任何搭接空隙，因此該金屬空氣電池組的體積較小，便于攜帶。通過串聯(lián)，該金屬空氣電池組的電壓可達(dá)3.6V，滿足一般用電器件(例如：手機(jī)、相機(jī)及手持式電子設(shè)備)的需要。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例一提供的金屬空氣電池用框架的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型一種隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型另一種隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例二提供的金屬空氣電池組的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：100－框架；101－框架本體；102－金屬電極槽；103－空氣電極窗口；104－隔板；105－通孔；106－電解液儲罐；107－進(jìn)液口；108－加注口；201－金屬電極；202－空氣電極。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

實施例一

如圖1所示，本實施例提供一種金屬空氣電池用框架100包括框架本體101，框架本體101上設(shè)有至少兩個依次相鄰且相互獨(dú)立的金屬電極槽102和與各金屬電極槽102分別相對應(yīng)的空氣電極窗口103；相對應(yīng)的金屬電極槽102和空氣電極窗口103相連通。

本實施例提供的金屬空氣電池用框架，包括框架本體101、相互獨(dú)立設(shè)置在框架本體101上的金屬電極槽102和與各個金屬電極槽102相對應(yīng)的空氣電極窗口103，每個金屬電極槽102和與之相對應(yīng)的空氣電極窗口103之間形成了一獨(dú)立的金屬空氣電池載體單元，各獨(dú)立的金屬空氣電池載體單元逐次連接可形成一個整體框架本體，從而實現(xiàn)了各金屬空氣電池載體單元之間的無縫連接，有效減少了組合后的電池組的體積，方便攜帶。

如圖1－3中所示，框架本體101上固設(shè)有至少一個隔板104，隔板104將相鄰的兩個金屬電極槽102隔開，隔板104上設(shè)有用于流通電解液的通孔105。

如圖1所示，框架本體101上設(shè)有金屬電極槽102和設(shè)置于框架本體101外表面與金屬電極槽102相對的空氣電極窗口103，框架本體101內(nèi)部設(shè)有隔板104，隔板104與框架本體101固定連接。其中，框架本體101為一個長方體的框架，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，縱向(即與框架本體101長邊平行的方向)中間設(shè)置有金屬電極槽102用于放置金屬電極201?？蚣鼙倔w101外表上沿縱向(即與框架本體101長邊平行的方向)開設(shè)有空氣電極窗口103用于安裝空氣電極202?？蚣鼙倔w101結(jié)構(gòu)內(nèi)部橫向(即與長邊垂直的方向)設(shè)置有若干隔板104，隔板104的數(shù)量不少于1個，隔板104將框架本體101分隔成若干獨(dú)立單元，每個獨(dú)立單元由框架本體101、金屬電極槽102、空氣電極窗口103和隔板104構(gòu)成，且每兩個獨(dú)立單元之間共用一個隔板104。每個獨(dú)立單元內(nèi)部為獨(dú)立的電解液容納腔體。

本實施例中的框架本體101選用的長方體結(jié)構(gòu)，便于加工制造。此外，框架本體101還可以加工成其他形狀，只要能用隔板104將整個的框架結(jié)構(gòu)分為若干獨(dú)立單元即可。

如圖2和圖3所示，隔板104上設(shè)有用于流通電解液的通孔105。

設(shè)置通孔105的目的是讓電解液能在每個獨(dú)立單元間自由流動，這樣只需要在框架本體101上開設(shè)一個電解液的進(jìn)液口107即可。當(dāng)在一個獨(dú)立單元的外周面上的框架本體101上開設(shè)進(jìn)液口107時，加注電解液后，通過設(shè)置在隔板104上通孔105即可使電解液在不同的獨(dú)立單元之間流動。

如圖2所示，隔板104上的金屬電極槽102的側(cè)邊放置區(qū)為直接在隔板104上開設(shè)的凹槽。如圖3所示，隔板104上的金屬電極槽102的側(cè)邊放置區(qū)由設(shè)置在放置區(qū)兩邊的擋板組成，此結(jié)構(gòu)更能有效防止電解液滲漏。因此，本實施例中優(yōu)先選用圖3所示結(jié)構(gòu)的隔板104。

繼續(xù)參照圖1，框架本體101上固設(shè)有電解液儲罐106，金屬電極槽102和空氣電極窗口103之間的腔體與電解液儲罐106相連通。

電解液儲罐106固定安裝在框架本體101的一端面外側(cè)，用來盛裝電解液，電解液通過設(shè)置在端面上的進(jìn)液口107流進(jìn)相鄰的獨(dú)立單元內(nèi)的容納腔體中。容納腔體中的電解液再通過設(shè)置在隔板104上通孔105流向下一個相鄰的獨(dú)立單元內(nèi)的容納腔體中，這樣方便加注電解液，只要在槽罐內(nèi)加注電解液即可，避免了逐個為每個獨(dú)立單元內(nèi)的容納腔體加注電解液，簡化操作步驟的同時可以保證在使用過程中每個獨(dú)立單元內(nèi)的容納腔體內(nèi)的電解液都能得到及時補(bǔ)充。

電解液儲罐106上設(shè)有電解液加注口108。其中，加注口108位于電解液儲罐106的上部，方便加注。加注口108處設(shè)置有密封蓋，當(dāng)加注完成后用密封蓋將加注口108密封，防止電解液溢出或蒸發(fā)。

如圖1所示，金屬電極槽102位于框架本體101的中間部位，空氣電極窗口103位于框架本體101的側(cè)面，且每個金屬電極槽102對應(yīng)兩個空氣電極窗口103；相應(yīng)的，兩個空氣電極窗口103相對于金屬電極槽102對稱設(shè)置。

金屬電極槽102位于中間部位，兩側(cè)對稱設(shè)置有空氣電極窗口103，這樣在一定的長度方向上可以設(shè)置兩個獨(dú)立單元，從而可以裝配成兩個單電池。在具有相同發(fā)電量的情況下可以進(jìn)一步縮小裝配后得到的電池組的體積，提高發(fā)電效率。

框架本體101采用3D打印技術(shù)一體打印而成。

本實施例中的金屬空氣電池用框架100用來封裝電池時，除用于電解液流動的通孔105外，應(yīng)保證各獨(dú)立單元內(nèi)的其他部位的連接是相對封閉的，以避免在使用過程中發(fā)生由于電解液的泄漏造成電池性能降低的問題。采用3D打印技術(shù)一體加工而成，隔板104與框架本體101之間的連接可以做到無任何的縫隙，可以提高封裝后的電池的使用壽命。同時，利用3D打印技術(shù)打印，提高了生產(chǎn)效率，且框架本體101的加工尺寸更精確，裝配精度更高。

實施例二

如圖4所示，本實施例是一種金屬空氣電池組，包括實施例一中的金屬空氣電池用框架100，各金屬電極槽102內(nèi)均固定插設(shè)有金屬電極201，各空氣電極窗口103均固設(shè)有空氣電極202；框架本體101、金屬電極201、空氣電極202與隔板104圍成用于容納電解液的容納腔體。

本實施例提供的金屬空氣電池組，通過采用實施例一中提供的金屬空氣電池用框架100，在各個金屬電極槽102中插設(shè)金屬電極201，在各個空氣電極窗口103上固定連接空氣電極202，因此，能夠在上述金屬空氣電池用框架100中裝配若干個金屬空氣電池，并將多個金屬空氣電池連接成一個整體，通過電路間的串聯(lián)或并聯(lián)，形成具有高放電電壓或高放電電流的金屬空氣電池組。因為框架本體101為一體結(jié)構(gòu)，所以單電池之間沒有任何搭接空隙，因此該金屬空氣電池組的體積較小，便于攜帶。通過串聯(lián)，該金屬空氣電池組的電壓可達(dá)3.6V，滿足一般用電器件(例如：手機(jī)、相機(jī)及手持式電子設(shè)備)的需要。

金屬電極201采用插片式金屬片，方便金屬電極201的更換。金屬電極201插入金屬電極槽102內(nèi)，空氣電極202固定于空氣電極窗口103的位置。每個金屬電極201可以和一個空氣電極202相對應(yīng)，也可以與兩個對稱設(shè)置在兩側(cè)的空氣電池相對應(yīng)。當(dāng)一個金屬電極201與一個空氣電極202相對應(yīng)時，若要達(dá)到相同的使用電壓，就要相對延長金屬空氣電池用框架100的長度，在一些使用場合會受到限制。因此，本實施例中，優(yōu)選為每個金屬電極201與兩個空氣電極202相對應(yīng)，即每兩個單電池共用一個金屬電極201。這樣可以有效較小框架本體101的長度和體積，提高了電池組的轉(zhuǎn)換效率。

本實施例提供金屬空氣電池組中的電解液使用NaCl電解液，電解液盛裝在電解液儲罐106內(nèi)。

上述金屬電極201為鎂電極、鋁電極或鋅電極中的任意一種。

上述空氣電極202由內(nèi)到外依次包括催化劑層、導(dǎo)電集流層和防水透氣層。其中，催化劑層采用鈣鈦礦型催化劑層，優(yōu)先選用La_1－xSr_xCuO_3－δ鈣鈦礦型催化劑，此結(jié)構(gòu)的催化劑更有助于催化反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高電池的輸出電壓。

金屬電極201外表面包覆有隔膜。

在電池的放電過程中，金屬電極201會隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行生產(chǎn)金屬的化合物。在金屬電極201外表面包覆隔膜，可避免電池在使用過程金屬化合物掉入電解液中污染電解液，影響電解液的使用性能。同時，隔膜可以使電解液到達(dá)金屬電極201的表面，而與空氣電極202保持隔離，以提高金屬空氣電池的可靠性。

空氣電極202內(nèi)側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電碳?xì)帧?/p>

導(dǎo)電碳?xì)衷O(shè)置在空氣電極202的內(nèi)側(cè)，與催化劑層相接處。導(dǎo)電碳?xì)挚捎行綄?dǎo)電離子，使空氣電極202側(cè)的還原反應(yīng)更加均勻，并且對空氣電極202側(cè)的反應(yīng)產(chǎn)物有阻隔作用，可以避免反應(yīng)產(chǎn)物調(diào)入電解液中，影響電解液的使用性能。

空氣電極202外側(cè)設(shè)置有電池網(wǎng)。

電池網(wǎng)固定于框架本體101上，且固定在空氣電極202的外側(cè)，防止空氣中的其他雜質(zhì)進(jìn)入，損壞空氣電極202。

金屬電極201和空氣電極202上均設(shè)有用于匯集電流的導(dǎo)電集流體。

導(dǎo)電集流體為設(shè)置在金屬電極201和空氣電極202上的電流引腳，可以方便不同單電池間的串并聯(lián)，以提供不同的電壓和電流，滿足不同使用設(shè)備的需求。

本實施例中，通過3D打印技術(shù)將多個單電池連接在一起，形成一體化結(jié)構(gòu)，再通過金屬電極201和空氣電極202上引出的導(dǎo)電集流體，將多個單電池串聯(lián)在一起，電壓可達(dá)3.6V，滿足大多數(shù)手持設(shè)備的用電需求，為偏遠(yuǎn)地區(qū)的手機(jī)充放電提供了便利條件，同時可用于災(zāi)后地區(qū)的用電照明。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的范圍。