一种空气电池的壳体结构及金属空气电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电池技术领域，公开了一种空气电池的壳体结构及金属空气电池。其中空气电池的壳体结构包括电池框架、正极极板和负极，电池框架包括具有中空的三棱柱形结构的主体框架，主体框架的底框设置有用于封闭该底框框口的底板，主体框架的各个侧框中各自独立地设置有用于封闭对应的侧框框口的正极极板，负极为设置于主体框架内部的棒材，且棒材沿主体框架的上下方向布置。该空气电池的壳体结构通过将正极极板设置在具有三棱柱形结构的主体框架的侧框框口中，增加了可供正极活性物质氧气流入的正极极板的面积；通过将负极设置为棒材，增加了相同体积下负极的外表面积；进而有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，进而提高电池的放电性能。
【专利说明】
一种空气电池的壳体结构及金属空气电池
技术领域
[0001]本实用新型涉及电池技术领域，具体地，涉及一种空气电池的壳体结构，本实用新型还涉及一种金属空气电池，该金属空气电池包括前述的空气电池的壳体结构。
【背景技术】
[0002]金属空气电池是一种半燃料电池，其以具有反应活性的锂、镁、铝、锌等金属作为负极(也称为金属电极)的活性物质，以空气中的氧气作为正极活性物质，通过促使氧气通过正极极板(也称为气体扩散电极或空气电极)流入电解液中与金属活性物质(负极)反应而放出电能的电池产品。
[0003]与一般燃料电池的能量同时储存在它的两个电极内不同，金属空气电池只有负极(金属电极)进行储存能量，而空气电极是转变能量的工具。因此，金属空气电池既是储能工具又是一种燃料电池，只要不断提供负极原料，就能连续输出电能，所以金属空气电池的“重量比能量”优势相当明显。
[0004]金属空气电池具有较高的能量密度，且因其具有容量大、比能量高、工作电压平稳、使用寿命长、使用时安全可靠、原材料丰富并可再生利用、价格低廉等强大的竞争优势，具有广阔的市场应用前景。如何进一步提高金属空气电池的放电性能，已经成为科研人员的一项重要课题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种空气电池的壳体结构及金属空气电池，以提高金属空气电池的放电性能。
[0006]为此，在本实用新型中提供了一种空气电池的壳体结构，该空气电池的壳体结构包括电池框架、正极极板和负极，所述电池框架包括具有中空的三棱柱形结构的主体框架，所述主体框架的底框设置有用于封闭该底框框口的底板，所述主体框架的各个侧框中各自独立地设置有用于封闭对应的侧框框口的正极极板;所述负极为设置于所述主体框架内部的棒材，且所述棒材沿所述主体框架的上下方向布置。
[0007]优选地，所述空气电池的壳体结构还包括与所述正极极板一一对应的多个正极盖板，所述正极盖板具有方框结构，且各个所述正极盖板与所述主体框架对应的侧框连接，以将相应的所述正极极板密封固定在所述主体框架的侧框上。
[0008]优选地，所述主体框架的内部设置有一个所述负极，或者按照三角形陈列排布的多个所述负极。
[0009]优选地，所述空气电池的壳体结构还包括负极集流板，所述负极集流板镶嵌在所述主体框架的顶框中、且与所述负极可拆卸连接。
[0010]优选地，所述负极集流板上设置有电解液注入口或者所述负极集流板与所述主体框架的顶框的框梁之间预留有电解液注入口。
[0011]优选地，所述底板的朝向所述负极的一侧板面上设有限位凹槽，所述负极的一端设置在所述限位凹槽中。
[0012]优选地，所述空气电池的壳体结构还包括限位板，所述限位板可拆卸的设置在所述主体框架内部且位于所述底板上，所述限位凹槽通过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负极的一侧的板面上。
[0013]优选地，所述底板的所述一侧表面上形成有所述限位板安装槽，所述限位板安装在所述限位板安装槽中。
[0014]优选地，所述限位板为整流板。
[0015]同时，在本实用新型中还提供了一种金属空气电池，该金属空气电池包括所述的空气电池的壳体结构。
[0016]应用本实用新型上述方案一种空气电池的壳体结构，在金属空气电池内部容积相同的情况下，与方形结构的金属空气电池相比，通过将正极极板设置在具有中空的三棱柱形结构的主体框架的侧框框口中，增加了可供正极活性物质氧气流入的正极极板的面积；通过将负极设置为棒材，增加了相同体积下负极的外表面积;通过同时增加正极极板与负极与电解液的接触面积，有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，进而提高电池的放电性能。
[0017]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0018]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0019]图1示出了根据本实用新型一种实施方式中的空气电池的壳体结构的立体结构示意图；
[0020]图2示出了图1所示空气电池的壳体结构的俯视结构示意图；
[0021]图3示出了图1所示空气电池的壳体结构的正视结构示意图；
[0022]图4示出了图3所示空气电池的壳体结构的A-A向剖视结构示意图；
[0023]图5示出了图3所示空气电池的壳体结构的C-C向剖视结构示意图。
[0024]附图标记说明
[0025]10电池框架 11主体框架
[0026]12底板13电解液注入口[0027I 20正极极板 21正极极耳
[0028]30负极40正极盖板
[0029]50负极集流板60限位板
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0031]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“三棱柱形结构”通常意义上是指一种具有五面体的结构，所述五面体中包括相互平行的底面和顶面，以及位于底面和顶面之间的三个侧面。在本实用新型中这种“三棱柱形结构”并不局限于通常意义上的五面体结构，其还可以是各拐角通过弧形面或平面过渡，但大致结构为三棱柱形的结构。
[0032]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“底框”、“顶框”和“侧框”均为相对概念，分别对应于三棱柱形结构的底面、顶面和侧面，所述三棱柱形结构中底面和顶面相互平行，所述侧面位于所述地面和顶面之间。其中“底框”为三棱柱形结构的底面的边框，该边框的内部开口简称为底框框口 ； “顶框”为三棱柱形结构的顶面的边框，该边框的内部开口简称为顶框框口 ； “侧框”为三棱柱形结构的侧面的边框，该边框的内部开口简称为侧框框口。
[0033]在本实用新型中提供了一种空气电池的壳体结构，如图1至图5所示，该空气电池的壳体结构包括电池框架10、正极极板20和负极30，所述电池框架10包括具有中空的三棱柱形结构的主体框架11，所述主体框架11的底框设置有用于封闭该底框框口的底板12，所述主体框架11的各个侧框中各自独立地设置有用于封闭对应的侧框框口的正极极板20，所述负极30为设置于所述主体框架11内部的棒材，且所述棒材沿所述主体框架的上下方向布置。
[0034]在上述空气电池的壳体结构中“主体框架的上下方向”是指平行于三棱柱形结构中侧棱的方向，即垂直于三棱柱形结构中地面的方向。“所述棒材沿所述主体框架的上下方向布置”是指棒材的长度方向可以平行于主体框架的侧棱布置，也可以与侧棱具有一定的夹角，大致沿主体框架的上下方向布置。
[0035]本实用新型上述提供的空气电池的壳体结构，在金属空气电池内部容积相同的情况下，与方形结构的金属空气电池相比，通过将正极极板设置在具有中空的三棱柱形结构的主体框架的侧框框口中，增加了可供正极活性物质氧气流入的正极极板的面积;通过将负极设置为棒材，增加了相同体积下负极的外表面积;通过同时增加正极极板与负极与电解液的接触面积，有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，进而提高电池的放电性能。
[0036]根据上述空气电池的壳体结构，其中正极极板20可以是通过任意的具有密封效果的方式封闭其所对应的所述侧框框口。例如可以通过主体框架11的各个侧框的外侧框面上、围绕相应的侧框框口设置有镶嵌槽，并通过采用密封胶，将所述正极极板20镶嵌在相应的镶嵌槽中，以封闭相对应的侧框框口。本实用新型所提供的上述空气电池的壳体结构，正极极板20不但便于安装、同时也便于拆卸，当正极极板20出现鼓胀现象时，可以根据实际情况拆装更换相应的正极极板20，以提高金属空气电池的寿命与利用率。
[0037]在本实用新型的一种优选实施方式中，所述空气电池的壳体结构还包括与所述正极极板20—一对应的多个正极盖板40，所述正极盖板40具有方框结构，且各个所述正极盖板40与所述主体框架11对应的侧框连接，以将相应的所述正极极板20密封固定在所述主体框架11的侧框上。在本实用新型中所采用的正极盖板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)中的一种或多种。
[0038]优选地，所述正极极板20上设有正极极耳21，所述正极极耳21的一端与所述正极极板20相连，另一端向外延伸形成自由端，且优选所述正极极耳21通过密封在所述正极盖板40和所述主体框架11的侧框之间予以固定。
[0039]根据上述空气电池的壳体结构，其中设置在所述主体框架11的内部的负极30可以是一个，也可以是多个。当所述负极30为多个时，优选多个所述负极30按照与主体框架11的三棱柱形结构相匹配的三角形阵列进行排布。其中术语“三角形阵列”是指将负极30按照一定规则进行排布，使其最终形成三角形结构。例如所述负极30为三个，则三个负极30作为三个点围成一个三角形，又例如所述负极为六个，则六个负极30按照第一排一个、第二排两个、第三排三个的方式排列成三角形。在本实用新型中通过将负极30按照三角形阵列进行排布，能够更好地利用具有三棱柱形结构的主体框架11的内部空间，增加负极30与电解液相接触的总的表面积，进而有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，进而提高电池的放电性能。
[0040]根据上述空气电池的壳体结构，优选还包括与负极30可拆卸连接的负极集流板50。这种负极集流板50的设置能够对负极30中所形成的电能进行整合，以便于电能的输出。在本实用新型中对于负极集流板50的设置方式并没有特殊要求，其可以参照本领域的常规设置方式，只要与负极30相连即可。优选所述负极集流板50镶嵌在所述主体框架11的顶框中。在本实用新型中通过这种方式设置负极集流板50，不但简化了负极集流板50拆装步骤，而且通过负极集流板50对负极30进行限位，也简化了负极30的拆装更换步骤。
[0041 ]根据上述空气电池的壳体结构，其中对于所述负极集流板50与所述负极30之间的连接方式并没有特殊要求，只要便于安装拆卸即可。例如可以通过螺钉将负极30固定连接在负极集流板50上。此外，为了进一步对负极30进行限位，还可以在负极集流板50朝向所述负极30的一侧板面上设置限位凹槽，并使所述负极30的一端安装在该限位凹槽中，通过设置在该限位凹槽中的螺钉安装孔与所述螺钉固定连接。
[0042]根据上述空气电池的壳体结构，优选在所述负极集流板50上设置有电解液注入口13或者所述负极集流板50与所述主体框架11的顶框的框梁之间预留有电解液注入口 13。通过设置电解液注入口 13，可以增加电解液注入与倒出的便利性。在实际操作中，可以在金属空气电池贮存或运输过程中先不注入电解液，以避免电解液在金属空气电池贮存或运输过程的腐蚀漏液情况;而在使用前向空气电池的壳体结构中注入电解液以形成完整的金属空气电池。
[0043]根据上述空气电池的壳体结构，优选还包括用于覆盖所述负极集流板50的上板面(远离负极30的一侧板面)，以使得负极集流板50与外界绝缘的顶盖板。优选地，当上述空气电池的壳体结构上形成有电解液注入口 13时，该顶盖板同时密封封闭该电解液注入口 13。此时，该顶盖板选用既绝缘又具有水密封性能的材料，以实现对电解液注入口 13的水密封封闭。
[0044]根据上述空气电池的壳体结构，优选所述底板12的朝向所述负极30的一侧板面上设有限位凹槽，所述负极30的一端设置在所述限位凹槽中。通过限位凹槽对负极30靠近底板12的一端固定，有利于更好的对负极30进行限位，以实现即使金属空气电池发生倾斜现象，或进行横向放置时，负极30也不会与正极极板20相接触，进而对负极30和正极极板20进行保护。
[0045]优选地，在所述空气电池的壳体结构还包括限位板60，所述限位板60可拆卸的设置在所述主体框架11内部且位于所述底板12上，所述限位凹槽通过所述限位板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朝向所述负极30的一侧的板面上。在本实用新型中通过设置可拆卸的限位板60有利于简化负极30靠近底板12的一端与限位凹槽的拆卸安装。可以通过先将负极30的一端设置在限位板60中限位凹槽中后，再将设置有负极30的限位板60安装至所述主体框架11中的方式进行安装。
[0046]优选地，在所述空气电池的壳体结构中，所述底板12的所述一侧表面上形成有所述限位板安装槽，所述限位板60安装在所述限位板安装槽中。通过在底板12上设置所述限位板安装槽，有利于限制限位板60的活动空间，并进一步对安装在限位板60上负极30进行限位，以避免其与正极极板20相接触。
[0047]优选地，在所述空气电池的壳体结构中，所述限位板60为整流材料板，通过将限位板60设置为整流板，以在对负极30进行限位的同时，对负极30中的电能进行整合，以增加所形成的电能的输出途经。
[0048]同时，在本实用新型中还提供了一种金属空气电池，该金属空气电池包括本实用新型所述的空气电池的壳体结构。本实用新型所提供的这种金属空气电池因其包括本实用新型所述的空气电池的壳体结构，与方形结构的金属空气电池相比，同时增加正极极板与负极与电解液的接触面积，有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，进而提高电池的放电性能。
[0049]在本实用新型所提供的金属空气电池对于其中所采用的正极极板、负极以及电解液并没有特殊要求，可以参照本领域常规使用的各种原料，在此不再赘述。
[0050]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0051]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0052]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1.一种空气电池的壳体结构，其特征在于，所述空气电池的壳体结构包括电池框架(10)、正极极板(20)和负极(30)，所述电池框架(10)包括具有中空的三棱柱形结构的主体框架(11)，所述主体框架(11)的底框设置有用于封闭该底框框口的底板(12)，所述主体框架(11)的各个侧框中各自独立地设置有用于封闭对应的侧框框口的正极极板(20);所述负极(30)为设置于所述主体框架(11)内部的棒材，且所述棒材沿所述主体框架(11)的上下方向布置。2.根据权利要求1所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述空气电池的壳体结构还包括与所述正极极板(20)—一对应的多个正极盖板(40)，所述正极盖板(40)具有方框结构，且各个所述正极盖板(40)与所述主体框架(11)对应的侧框连接，以将相应的所述正极极板(20)密封固定在所述主体框架(11)的侧框上。3.根据权利要求1所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述主体框架(11)的内部设置有一个所述负极(30)，或者按照三角形阵列排布的多个所述负极(30)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述空气电池的壳体结构还包括负极集流板(50)，所述负极集流板(50)镶嵌在所述主体框架(11)的顶框中、且与所述负极(30)可拆卸连接。5.根据权利要求4所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述负极集流板(50)上设置有电解液注入口(13);或者所述负极集流板(50)与所述主体框架(11)的顶框的框梁之间预留有电解液注入口(13)。6.根据权利要求1至3中任一项所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述底板(12)的朝向所述负极(30)的一侧板面上设有限位凹槽，所述负极(30)的一端设置在所述限位凹槽中。7.根据权利要求6所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述空气电池的壳体结构还包括限位板(60)，所述限位板(60)可拆卸的设置在所述主体框架(11)内部且位于所述底板(12)上，所述限位凹槽通过所述限位板(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)朝向所述负极(30)的一侧的板面上。8.根据权利要求7所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述底板(12)的所述一侧表面上形成有所述限位板安装槽，所述限位板(60)安装在所述限位板安装槽中。9.根据权利要求7所述的空气电池的壳体结构，其特征在于，所述限位板(60)为整流板。10.—种金属空气电池，其特征在于，所述金属空气电池包括权利要求1至9中任意一项所述的空气电池的壳体结构。
【文档编号】H01M2/02GK205429017SQ201620245505
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】王国庆, 张鑫, 于卫昆
【申请人】新材料与产业技术北京研究院