一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)及金屬空氣電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)及金屬空氣電池。其中空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)包括電池框架、正極極板和負(fù)極，電池框架包括具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架，主體框架的底框設(shè)置有用于封閉該底框框口的底板，主體框架的各個側(cè)框中各自獨立地設(shè)置有用于封閉對應(yīng)的側(cè)框框口的正極極板，負(fù)極為設(shè)置于主體框架內(nèi)部的棒材，且棒材沿主體框架的上下方向布置。該空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)通過將正極極板設(shè)置在具有三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架的側(cè)框框口中，增加了可供正極活性物質(zhì)氧氣流入的正極極板的面積；通過將負(fù)極設(shè)置為棒材，增加了相同體積下負(fù)極的外表面積；進而有利于促進金屬空氣電池中放電反應(yīng)的發(fā)生，進而提高電池的放電性能。
【專利說明】
一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)及金屬空氣電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，本實用新型還涉及一種金屬空氣電池，該金屬空氣電池包括前述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬空氣電池是一種半燃料電池，其以具有反應(yīng)活性的鋰、鎂、鋁、鋅等金屬作為負(fù)極(也稱為金屬電極)的活性物質(zhì)，以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，通過促使氧氣通過正極極板(也稱為氣體擴散電極或空氣電極)流入電解液中與金屬活性物質(zhì)(負(fù)極)反應(yīng)而放出電能的電池產(chǎn)品。
[0003]與一般燃料電池的能量同時儲存在它的兩個電極內(nèi)不同，金屬空氣電池只有負(fù)極(金屬電極)進行儲存能量，而空氣電極是轉(zhuǎn)變能量的工具。因此，金屬空氣電池既是儲能工具又是一種燃料電池，只要不斷提供負(fù)極原料，就能連續(xù)輸出電能，所以金屬空氣電池的“重量比能量”優(yōu)勢相當(dāng)明顯。
[0004]金屬空氣電池具有較高的能量密度，且因其具有容量大、比能量高、工作電壓平穩(wěn)、使用壽命長、使用時安全可靠、原材料豐富并可再生利用、價格低廉等強大的競爭優(yōu)勢，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。如何進一步提高金屬空氣電池的放電性能，已經(jīng)成為科研人員的一項重要課題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)及金屬空氣電池，以提高金屬空氣電池的放電性能。
[0006]為此，在本實用新型中提供了一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，該空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)包括電池框架、正極極板和負(fù)極，所述電池框架包括具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架，所述主體框架的底框設(shè)置有用于封閉該底框框口的底板，所述主體框架的各個側(cè)框中各自獨立地設(shè)置有用于封閉對應(yīng)的側(cè)框框口的正極極板;所述負(fù)極為設(shè)置于所述主體框架內(nèi)部的棒材，且所述棒材沿所述主體框架的上下方向布置。
[0007]優(yōu)選地，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括與所述正極極板一一對應(yīng)的多個正極蓋板，所述正極蓋板具有方框結(jié)構(gòu)，且各個所述正極蓋板與所述主體框架對應(yīng)的側(cè)框連接，以將相應(yīng)的所述正極極板密封固定在所述主體框架的側(cè)框上。
[0008]優(yōu)選地，所述主體框架的內(nèi)部設(shè)置有一個所述負(fù)極，或者按照三角形陳列排布的多個所述負(fù)極。
[0009]優(yōu)選地，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括負(fù)極集流板，所述負(fù)極集流板鑲嵌在所述主體框架的頂框中、且與所述負(fù)極可拆卸連接。
[0010]優(yōu)選地，所述負(fù)極集流板上設(shè)置有電解液注入口或者所述負(fù)極集流板與所述主體框架的頂框的框梁之間預(yù)留有電解液注入口。
[0011]優(yōu)選地，所述底板的朝向所述負(fù)極的一側(cè)板面上設(shè)有限位凹槽，所述負(fù)極的一端設(shè)置在所述限位凹槽中。
[0012]優(yōu)選地，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括限位板，所述限位板可拆卸的設(shè)置在所述主體框架內(nèi)部且位于所述底板上，所述限位凹槽通過所述限位板和所述底板形成，或者所述限位凹槽形成在所述限位板朝向所述負(fù)極的一側(cè)的板面上。
[0013]優(yōu)選地，所述底板的所述一側(cè)表面上形成有所述限位板安裝槽，所述限位板安裝在所述限位板安裝槽中。
[0014]優(yōu)選地，所述限位板為整流板。
[0015]同時，在本實用新型中還提供了一種金屬空氣電池，該金屬空氣電池包括所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)。
[0016]應(yīng)用本實用新型上述方案一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，在金屬空氣電池內(nèi)部容積相同的情況下，與方形結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池相比，通過將正極極板設(shè)置在具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架的側(cè)框框口中，增加了可供正極活性物質(zhì)氧氣流入的正極極板的面積；通過將負(fù)極設(shè)置為棒材，增加了相同體積下負(fù)極的外表面積;通過同時增加正極極板與負(fù)極與電解液的接觸面積，有利于促進金屬空氣電池中放電反應(yīng)的發(fā)生，進而提高電池的放電性能。
[0017]本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0018]附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0019]圖1示出了根據(jù)本實用新型一種實施方式中的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2示出了圖1所示空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3示出了圖1所示空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4示出了圖3所示空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5示出了圖3所示空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)的C-C向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]附圖標(biāo)記說明
[0025]10電池框架 11主體框架
[0026]12底板13電解液注入口[0027I 20正極極板 21正極極耳
[0028]30負(fù)極40正極蓋板
[0029]50負(fù)極集流板60限位板
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0031]在本實用新型中，在未作相反說明的情況下，術(shù)語“三棱柱形結(jié)構(gòu)”通常意義上是指一種具有五面體的結(jié)構(gòu)，所述五面體中包括相互平行的底面和頂面，以及位于底面和頂面之間的三個側(cè)面。在本實用新型中這種“三棱柱形結(jié)構(gòu)”并不局限于通常意義上的五面體結(jié)構(gòu)，其還可以是各拐角通過弧形面或平面過渡，但大致結(jié)構(gòu)為三棱柱形的結(jié)構(gòu)。
[0032]在本實用新型中，在未作相反說明的情況下，術(shù)語“底框”、“頂框”和“側(cè)框”均為相對概念，分別對應(yīng)于三棱柱形結(jié)構(gòu)的底面、頂面和側(cè)面，所述三棱柱形結(jié)構(gòu)中底面和頂面相互平行，所述側(cè)面位于所述地面和頂面之間。其中“底框”為三棱柱形結(jié)構(gòu)的底面的邊框，該邊框的內(nèi)部開口簡稱為底框框口 ； “頂框”為三棱柱形結(jié)構(gòu)的頂面的邊框，該邊框的內(nèi)部開口簡稱為頂框框口 ； “側(cè)框”為三棱柱形結(jié)構(gòu)的側(cè)面的邊框，該邊框的內(nèi)部開口簡稱為側(cè)框框口。
[0033]在本實用新型中提供了一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，如圖1至圖5所示，該空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)包括電池框架10、正極極板20和負(fù)極30，所述電池框架10包括具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架11，所述主體框架11的底框設(shè)置有用于封閉該底框框口的底板12，所述主體框架11的各個側(cè)框中各自獨立地設(shè)置有用于封閉對應(yīng)的側(cè)框框口的正極極板20，所述負(fù)極30為設(shè)置于所述主體框架11內(nèi)部的棒材，且所述棒材沿所述主體框架的上下方向布置。
[0034]在上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)中“主體框架的上下方向”是指平行于三棱柱形結(jié)構(gòu)中側(cè)棱的方向，即垂直于三棱柱形結(jié)構(gòu)中地面的方向。“所述棒材沿所述主體框架的上下方向布置”是指棒材的長度方向可以平行于主體框架的側(cè)棱布置，也可以與側(cè)棱具有一定的夾角，大致沿主體框架的上下方向布置。
[0035]本實用新型上述提供的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，在金屬空氣電池內(nèi)部容積相同的情況下，與方形結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池相比，通過將正極極板設(shè)置在具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架的側(cè)框框口中，增加了可供正極活性物質(zhì)氧氣流入的正極極板的面積;通過將負(fù)極設(shè)置為棒材，增加了相同體積下負(fù)極的外表面積;通過同時增加正極極板與負(fù)極與電解液的接觸面積，有利于促進金屬空氣電池中放電反應(yīng)的發(fā)生，進而提高電池的放電性能。
[0036]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其中正極極板20可以是通過任意的具有密封效果的方式封閉其所對應(yīng)的所述側(cè)框框口。例如可以通過主體框架11的各個側(cè)框的外側(cè)框面上、圍繞相應(yīng)的側(cè)框框口設(shè)置有鑲嵌槽，并通過采用密封膠，將所述正極極板20鑲嵌在相應(yīng)的鑲嵌槽中，以封閉相對應(yīng)的側(cè)框框口。本實用新型所提供的上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，正極極板20不但便于安裝、同時也便于拆卸，當(dāng)正極極板20出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象時，可以根據(jù)實際情況拆裝更換相應(yīng)的正極極板20，以提高金屬空氣電池的壽命與利用率。
[0037]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括與所述正極極板20—一對應(yīng)的多個正極蓋板40，所述正極蓋板40具有方框結(jié)構(gòu)，且各個所述正極蓋板40與所述主體框架11對應(yīng)的側(cè)框連接，以將相應(yīng)的所述正極極板20密封固定在所述主體框架11的側(cè)框上。在本實用新型中所采用的正極蓋板40的材料可以包括但不限于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)中的一種或多種。
[0038]優(yōu)選地，所述正極極板20上設(shè)有正極極耳21，所述正極極耳21的一端與所述正極極板20相連，另一端向外延伸形成自由端，且優(yōu)選所述正極極耳21通過密封在所述正極蓋板40和所述主體框架11的側(cè)框之間予以固定。
[0039]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置在所述主體框架11的內(nèi)部的負(fù)極30可以是一個，也可以是多個。當(dāng)所述負(fù)極30為多個時，優(yōu)選多個所述負(fù)極30按照與主體框架11的三棱柱形結(jié)構(gòu)相匹配的三角形陣列進行排布。其中術(shù)語“三角形陣列”是指將負(fù)極30按照一定規(guī)則進行排布，使其最終形成三角形結(jié)構(gòu)。例如所述負(fù)極30為三個，則三個負(fù)極30作為三個點圍成一個三角形，又例如所述負(fù)極為六個，則六個負(fù)極30按照第一排一個、第二排兩個、第三排三個的方式排列成三角形。在本實用新型中通過將負(fù)極30按照三角形陣列進行排布，能夠更好地利用具有三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架11的內(nèi)部空間，增加負(fù)極30與電解液相接觸的總的表面積，進而有利于促進金屬空氣電池中放電反應(yīng)的發(fā)生，進而提高電池的放電性能。
[0040]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選還包括與負(fù)極30可拆卸連接的負(fù)極集流板50。這種負(fù)極集流板50的設(shè)置能夠?qū)ω?fù)極30中所形成的電能進行整合，以便于電能的輸出。在本實用新型中對于負(fù)極集流板50的設(shè)置方式并沒有特殊要求，其可以參照本領(lǐng)域的常規(guī)設(shè)置方式，只要與負(fù)極30相連即可。優(yōu)選所述負(fù)極集流板50鑲嵌在所述主體框架11的頂框中。在本實用新型中通過這種方式設(shè)置負(fù)極集流板50，不但簡化了負(fù)極集流板50拆裝步驟，而且通過負(fù)極集流板50對負(fù)極30進行限位，也簡化了負(fù)極30的拆裝更換步驟。
[0041 ]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其中對于所述負(fù)極集流板50與所述負(fù)極30之間的連接方式并沒有特殊要求，只要便于安裝拆卸即可。例如可以通過螺釘將負(fù)極30固定連接在負(fù)極集流板50上。此外，為了進一步對負(fù)極30進行限位，還可以在負(fù)極集流板50朝向所述負(fù)極30的一側(cè)板面上設(shè)置限位凹槽，并使所述負(fù)極30的一端安裝在該限位凹槽中，通過設(shè)置在該限位凹槽中的螺釘安裝孔與所述螺釘固定連接。
[0042]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選在所述負(fù)極集流板50上設(shè)置有電解液注入口13或者所述負(fù)極集流板50與所述主體框架11的頂框的框梁之間預(yù)留有電解液注入口 13。通過設(shè)置電解液注入口 13，可以增加電解液注入與倒出的便利性。在實際操作中，可以在金屬空氣電池貯存或運輸過程中先不注入電解液，以避免電解液在金屬空氣電池貯存或運輸過程的腐蝕漏液情況;而在使用前向空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)中注入電解液以形成完整的金屬空氣電池。
[0043]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選還包括用于覆蓋所述負(fù)極集流板50的上板面(遠(yuǎn)離負(fù)極30的一側(cè)板面)，以使得負(fù)極集流板50與外界絕緣的頂蓋板。優(yōu)選地，當(dāng)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)上形成有電解液注入口 13時，該頂蓋板同時密封封閉該電解液注入口 13。此時，該頂蓋板選用既絕緣又具有水密封性能的材料，以實現(xiàn)對電解液注入口 13的水密封封閉。
[0044]根據(jù)上述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，優(yōu)選所述底板12的朝向所述負(fù)極30的一側(cè)板面上設(shè)有限位凹槽，所述負(fù)極30的一端設(shè)置在所述限位凹槽中。通過限位凹槽對負(fù)極30靠近底板12的一端固定，有利于更好的對負(fù)極30進行限位，以實現(xiàn)即使金屬空氣電池發(fā)生傾斜現(xiàn)象，或進行橫向放置時，負(fù)極30也不會與正極極板20相接觸，進而對負(fù)極30和正極極板20進行保護。
[0045]優(yōu)選地，在所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括限位板60，所述限位板60可拆卸的設(shè)置在所述主體框架11內(nèi)部且位于所述底板12上，所述限位凹槽通過所述限位板60和所述底板12形成，或者所述限位凹槽形成在所述限位板60朝向所述負(fù)極30的一側(cè)的板面上。在本實用新型中通過設(shè)置可拆卸的限位板60有利于簡化負(fù)極30靠近底板12的一端與限位凹槽的拆卸安裝。可以通過先將負(fù)極30的一端設(shè)置在限位板60中限位凹槽中后，再將設(shè)置有負(fù)極30的限位板60安裝至所述主體框架11中的方式進行安裝。
[0046]優(yōu)選地，在所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)中，所述底板12的所述一側(cè)表面上形成有所述限位板安裝槽，所述限位板60安裝在所述限位板安裝槽中。通過在底板12上設(shè)置所述限位板安裝槽，有利于限制限位板60的活動空間，并進一步對安裝在限位板60上負(fù)極30進行限位，以避免其與正極極板20相接觸。
[0047]優(yōu)選地，在所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)中，所述限位板60為整流材料板，通過將限位板60設(shè)置為整流板，以在對負(fù)極30進行限位的同時，對負(fù)極30中的電能進行整合，以增加所形成的電能的輸出途經(jīng)。
[0048]同時，在本實用新型中還提供了一種金屬空氣電池，該金屬空氣電池包括本實用新型所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)。本實用新型所提供的這種金屬空氣電池因其包括本實用新型所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，與方形結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池相比，同時增加正極極板與負(fù)極與電解液的接觸面積，有利于促進金屬空氣電池中放電反應(yīng)的發(fā)生，進而提高電池的放電性能。
[0049]在本實用新型所提供的金屬空氣電池對于其中所采用的正極極板、負(fù)極以及電解液并沒有特殊要求，可以參照本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種原料，在此不再贅述。
[0050]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0051]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0052]此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本實用新型所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)包括電池框架(10)、正極極板(20)和負(fù)極(30)，所述電池框架(10)包括具有中空的三棱柱形結(jié)構(gòu)的主體框架(11)，所述主體框架(11)的底框設(shè)置有用于封閉該底框框口的底板(12)，所述主體框架(11)的各個側(cè)框中各自獨立地設(shè)置有用于封閉對應(yīng)的側(cè)框框口的正極極板(20);所述負(fù)極(30)為設(shè)置于所述主體框架(11)內(nèi)部的棒材，且所述棒材沿所述主體框架(11)的上下方向布置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括與所述正極極板(20)—一對應(yīng)的多個正極蓋板(40)，所述正極蓋板(40)具有方框結(jié)構(gòu)，且各個所述正極蓋板(40)與所述主體框架(11)對應(yīng)的側(cè)框連接，以將相應(yīng)的所述正極極板(20)密封固定在所述主體框架(11)的側(cè)框上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述主體框架(11)的內(nèi)部設(shè)置有一個所述負(fù)極(30)，或者按照三角形陣列排布的多個所述負(fù)極(30)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括負(fù)極集流板(50)，所述負(fù)極集流板(50)鑲嵌在所述主體框架(11)的頂框中、且與所述負(fù)極(30)可拆卸連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述負(fù)極集流板(50)上設(shè)置有電解液注入口(13);或者所述負(fù)極集流板(50)與所述主體框架(11)的頂框的框梁之間預(yù)留有電解液注入口(13)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底板(12)的朝向所述負(fù)極(30)的一側(cè)板面上設(shè)有限位凹槽，所述負(fù)極(30)的一端設(shè)置在所述限位凹槽中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)還包括限位板(60)，所述限位板(60)可拆卸的設(shè)置在所述主體框架(11)內(nèi)部且位于所述底板(12)上，所述限位凹槽通過所述限位板(60)和所述底板(12)形成，或者所述限位凹槽形成在所述限位板(60)朝向所述負(fù)極(30)的一側(cè)的板面上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述底板(12)的所述一側(cè)表面上形成有所述限位板安裝槽，所述限位板(60)安裝在所述限位板安裝槽中。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述限位板(60)為整流板。10.—種金屬空氣電池，其特征在于，所述金屬空氣電池包括權(quán)利要求1至9中任意一項所述的空氣電池的殼體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01M2/02GK205429017SQ201620245505
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】王國慶, 張鑫, 于衛(wèi)昆
【申請人】新材料與產(chǎn)業(yè)技術(shù)北京研究院