專利名稱：扁平式金屬空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的裝置，特別是扁平式金屬空氣電池。
背景技術(shù)：
目前實(shí)際使用的化學(xué)電池種類比較繁多，有一次性使用的電池，也有可反復(fù)充放電電池。這些電池有一個(gè)共同特點(diǎn)，就是將正負(fù)極化學(xué)反應(yīng)所需的活性物質(zhì)儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，電池輸出的能量全部依靠電池內(nèi)部?jī)?chǔ)存的活性材料來(lái)提供，這就使電池輸出能量受到限制。
近年來(lái)，金屬空氣電池的研究較為活躍，金屬空氣電池與上述電池比較，具有輸出能量大，價(jià)格低廉，可利用空氣中氧氣作為正極的活性物質(zhì)。節(jié)約地球資源等特點(diǎn)。目前在金屬空氣電池領(lǐng)域，專利或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是以負(fù)極為垂直底邊的形式而設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1，現(xiàn)有空氣電池通常包括空氣電極1、負(fù)極2、隔膜3和電解質(zhì)5。空氣電極1與負(fù)極2垂直底邊平行排列，電解質(zhì)3填充在空氣電極與負(fù)極之間的空間內(nèi)?？諝怆姵氐倪@種結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過(guò)程中存在負(fù)極下壘或斷裂，使負(fù)極2的活性物質(zhì)堆積在空氣電池的下部，造成空氣電池輸出容量降低，輸出電流密度減小，空氣電極1下部受壓，縮短空氣電極的使用壽命等問(wèn)題。
發(fā)明構(gòu)成本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，而提供一種能完全解決金屬空氣電池負(fù)極在使用過(guò)程中出現(xiàn)下壘、斷裂的扁平式金屬空氣電池結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的電池，能確保在振動(dòng)、運(yùn)輸、長(zhǎng)期保存的過(guò)程中負(fù)極保持原形狀不變，使電池正常放電性能，尤其是動(dòng)態(tài)放電性能有了充分的保證。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)扁平式金屬空氣電池，包括空氣電極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、殼體、負(fù)極膨脹緩沖腔、排氣孔或防爆孔。其要點(diǎn)在于金屬空氣電池結(jié)構(gòu)為扁平式形狀，長(zhǎng)度或?qū)挾确较虻某叽绱笥诟叨确较虻某叽?，空氣電極為空氣電池的上底和下底，或者為上底，或者為下底。負(fù)極在電池內(nèi)部平行于上底或下底，或與空氣電極具有一定的夾角。這樣，由于負(fù)極基本上是水平放置，通過(guò)隔膜，電解質(zhì)與空氣電極緊密接觸，就避免了負(fù)極在運(yùn)輸、使用過(guò)程中由于震動(dòng)而變形的問(wèn)題，使負(fù)極相對(duì)于空氣電極的形狀基本保持不變，使負(fù)極達(dá)到設(shè)計(jì)容量有了可靠的基礎(chǔ)。由于負(fù)極形狀穩(wěn)定，負(fù)極就可穩(wěn)定的輸出電流。
本實(shí)用新型還可以進(jìn)一步具體為空氣電極在空氣電池中的位置有多種選擇，以下是其中的四種。
空氣電極為空氣電池的下底，空氣電極包括防水層、透氣層、集流體、催化層。上底和側(cè)面為空氣電池的殼體，殼體由高分子聚合物材料加工而成，也可由金屬材料加工。負(fù)極即可與空氣電極平行放置，也可具有一定的夾角。負(fù)極通過(guò)電解質(zhì)或隔膜與空氣電極緊密接觸，負(fù)極平行裝配在空氣電極上方，就可有效的解決負(fù)極下壘、變形，輸出能量降低的問(wèn)題。負(fù)極或電解質(zhì)與上底之間預(yù)留一定的空間，作為負(fù)極膨脹緩沖腔使用，在上底或側(cè)面的某一位置安裝有排氣孔或防爆孔。
空氣電極為空氣電池的上底，下底和側(cè)面構(gòu)成空氣電池的殼體，殼體由高分子聚合物材料加工而成。在殼體的側(cè)面或上底有一凸出位置，作為負(fù)極膨脹緩沖腔，在緩沖腔的頂部安裝有排氣孔或防爆孔。負(fù)極和電解質(zhì)填充在上底(空氣電極)與下底所形成的空間內(nèi)，必須保證負(fù)極或電解質(zhì)通過(guò)隔膜與上底緊密接觸，以降低電池內(nèi)阻。空氣電極作為空氣電池的上底，可減緩負(fù)極、電解質(zhì)對(duì)空氣電極的壓力，起到延長(zhǎng)空氣電極壽命的作用。
空氣電極為空氣電池的上底和下底，側(cè)面為殼體，殼體由高分子聚合物材料加工而成。在上底或側(cè)面安裝有負(fù)極膨脹緩沖腔，在緩沖腔的頂部裝有排氣孔或防爆孔。空氣電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)與空氣電極為空氣電池上底相同。這種結(jié)構(gòu)可憎大空氣電池輸出功率，有效利用有限的空間，提高負(fù)極利用率。
空氣電極為空氣電池的上底、下底和其中一個(gè)側(cè)面(或幾個(gè)側(cè)面)，根據(jù)空氣電池輸出功率的要求而進(jìn)行不同的組合，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和排氣孔可參照上述幾種形式確定。
空氣電極的負(fù)極材料可采用鋅、鎂、鋁、鐵等金屬。負(fù)極結(jié)構(gòu)具體可分為板狀負(fù)極、鉑狀負(fù)極、粉末負(fù)極、粉末板狀負(fù)極、顆粒狀負(fù)極、糊狀粉末負(fù)極。負(fù)極如果采用粉末負(fù)極、粉末板狀負(fù)極、顆粒狀負(fù)極、糊狀粉末負(fù)極就必須在負(fù)極中插入負(fù)極集流體，收集金屬微粒輸出的電流。板狀負(fù)極比表面積較小，容易出現(xiàn)極化，但負(fù)極強(qiáng)度較好，粉末板狀負(fù)極比表面積較大，輸出電流能力強(qiáng)，利用率較高，但負(fù)極強(qiáng)度較低。
電解質(zhì)形態(tài)可采取兩種形式，第一種為液態(tài)，第二中為凝膠態(tài)。液態(tài)電解質(zhì)內(nèi)阻較小，適合輸出大電流密度使用，但電池密封難度較大，凝膠態(tài)電解質(zhì)內(nèi)阻較大，適合于輸出中、小電流密度場(chǎng)合使用，電池密封較為容易，適合動(dòng)態(tài)使用的電池使用。


附圖1為本實(shí)用新型所述的金屬空氣電池現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)圖。
附圖2為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)圖。
附圖3為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖。
附圖4為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖。
附圖5為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)圖。
附圖6為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)圖。
附圖7為本實(shí)用新型所述的扁型金屬空氣電池實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)圖。
附圖代號(hào)說(shuō)明1-空氣電極，2-負(fù)極，3-隔膜，4-殼體，5-電解質(zhì)，6-排氣孔(防爆孔)，7-緩沖腔，8-負(fù)極集流體具體實(shí)施例實(shí)施例1參照?qǐng)D2，扁平式金屬空氣電池，包括空氣電極1、負(fù)極2、隔膜3、殼體4、電解質(zhì)5、排氣孔(或防爆孔)6，空氣電極1為空氣電池的下底，上底和側(cè)面為殼體，在殼體4上安裝有排氣孔(或防爆孔)6。空氣電極1具有防水、導(dǎo)電、透氣、催化的功能，是扁平式金屬空氣電池的正極。空氣電極1、殼體4、排氣孔6構(gòu)成電池外殼。靠近空氣電極1的內(nèi)層貼有一層隔膜3，隔膜3可防止空氣電極與負(fù)極短路。負(fù)極2填充于空氣電極1與殼體4所形成的空間內(nèi)，電解質(zhì)5填充在負(fù)極2周圍，使負(fù)極2通過(guò)電解質(zhì)與空氣電極1接觸，在電解質(zhì)5或負(fù)極2與殼體4之間預(yù)留一定的空間，作為負(fù)極2膨脹緩沖腔7。
實(shí)施例2參照?qǐng)D3，圖3是將圖2中的緩沖腔7移至殼體4的凸出位置，負(fù)極2或電解質(zhì)5可與殼體4接觸。在緩沖腔7的頂部有排氣孔6本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3參照?qǐng)D4，扁平式金屬空氣電池外殼的上底和下底為空氣電極1，其余部分為殼體4和緩沖腔7。在緩沖腔7的頂部有排氣孔6，負(fù)極2或電解質(zhì)5與上底接觸。
本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4參照?qǐng)D5，在實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3所述扁形空氣電池內(nèi)部填充負(fù)極2、電解質(zhì)5是分別加入的，也可以將糊狀粉末負(fù)極2單獨(dú)填充，而不需再次填加電解質(zhì)5。在糊狀粉末負(fù)極2中間插入負(fù)極集流體8，以起到收集電流的目的。
本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5參照?qǐng)D6，圖6所示結(jié)構(gòu)與圖3所示結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)在于圖6所示結(jié)構(gòu)的上底為空氣電極1，其余部分為殼體4和緩沖腔7。
本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例3同。
實(shí)施例6參照?qǐng)D7，圖7所示結(jié)構(gòu)與圖4所示結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)在于圖7所示結(jié)構(gòu)的上底，下底和殼體4的一個(gè)側(cè)面由空氣電極1組成。其余部分為殼體4和緩沖腔7。
本實(shí)施例未述部分與實(shí)施例3相同。
權(quán)利要求1.一種扁平式金屬空氣電池，包括空氣電極(1)、負(fù)極(2)、隔膜(3)、殼體(4)、電解質(zhì)(5)、排氣孔或防爆孔(6)、緩沖腔(7)、集流體(8)，其特征在于空氣電極(1)為金屬空氣電池的上底和下底、或上底、或下底、或上底和側(cè)面、或下底和側(cè)面，在殼體(4)上有負(fù)極膨脹緩沖腔(7)，負(fù)極(2)通過(guò)電解質(zhì)(5)，隔膜(3)與空氣電極(1)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平式金屬空氣電池，其特征在于負(fù)極(2)相對(duì)于空氣電極(1)平行裝配或傾斜裝配。
3.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的扁平式金屬空氣電池，其特征在于殼體(4)的凸出位置為負(fù)極(2)的膨脹緩沖腔(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平式金屬空氣電池，其特征在于負(fù)極(2)包含糊狀金屬粉末負(fù)極、金屬粉板狀負(fù)極、金屬板狀負(fù)極、金屬鉑狀負(fù)極、金屬粉負(fù)極、可充電負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平式金屬空氣電池，其特征在于緩沖腔(7)的頂部安裝有排氣孔(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁平式金屬空氣電池，其特征在于；殼體(4)由耐堿高分子聚合物、耐堿金屬材料、具有耐堿鍍層的金屬材料加工而成。
專利摘要一種扁平式金屬空氣電池，第一種結(jié)構(gòu)為上底和下底均為空氣電極；第二種結(jié)構(gòu)為上底或下底為空氣電極，其余部分為殼體。負(fù)極平行或傾斜于空氣電極而裝配，電解質(zhì)填充在空氣電極與負(fù)極之間，采用這種結(jié)構(gòu)，可提高負(fù)極物質(zhì)利用率，解決了負(fù)極下壘、變形等問(wèn)題，從而保證了負(fù)極在長(zhǎng)期濕態(tài)保存狀態(tài)下、動(dòng)態(tài)使用狀況下能穩(wěn)定輸出電流，同時(shí)還降低了負(fù)極對(duì)空氣電極的壓力，延長(zhǎng)了空氣電極的壽命。
文檔編號(hào)H01M12/06GK2735556SQ20042004189
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者李璐 申請(qǐng)人:李璐