金属空气电池用框架及金属空气电池组的制作方法

本实用新型涉及化学电池技术领域，尤其是涉及一种金属空气电池用框架及金属空气电池组。

背景技术：

近年来，金属空气电池被科学界和产业界广泛关注，经测试，金属空气电池的理论密度远远高于铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，因此，金属空气电池被普遍认为是汽车动力电源的最佳候选电池之一。

金属空气电池主要由空气电极、金属负极、电解液和隔膜构成。金属负极包括铁、锌、镁、铝以及钾、钠、锂等活泼金属，其中，铁、锌、镁、铝在空气中可以长期保存，以其作为负极的金属空气电池常设计成干荷电池，电池平时不带电解液，不发电，使用时，只需加入电解液进行激活即可进行发电，满足离线式发电需求。

目前，单体电池的电压较低，一般在0.8－1.6V，很难为用电器件提供工作电压，因此需要提升电池电压。若要将单体电池升到5V，电子电路实现困难，转换效率低，且体积较大。为解决上述技术问题，通常将数个电池单体串联。但是，现有的技术方案中，串联时是将单体电池按空气电极面平行排列组合而成，串联后单体电池之间的空间较小，空气电极与空气的接触不够全面，影响发电效率。因此，需要开发一种结构紧凑，体积小、方便携带且发电效率高的金属空气电池，以满足市场需求。

技术实现要素：

本实用新型的第一目的在于提供金属空气电池用框架，以解决采用现有技术的金属空气电池框架造成的体积大、不变携带的技术问题。

本实用新型的第二目的在于提供一种金属空气电池组，以解决现有技术中的体积大、不变携带且发电效率低的问题。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

一种金属空气电池用框架，包括框架本体，所述框架本体上设有至少两个依次相邻且相互独立的金属电极槽和与各所述金属电极槽分别相对应的空气电极窗口；相对应的所述金属电极槽和所述空气电极窗口相连通。

进一步的，所述框架本体上固设有至少一个隔板，所述隔板将相邻的两个所述金属电极槽隔开，所述隔板上设有用于流通电解液的通孔。

进一步的，所述框架本体上固设有电解液储罐，所述金属电极槽和所述空气电极窗口之间的腔体于所述电解液储罐相连通。

进一步的，所述金属电极槽位于所述框架本体的中间部位，所述空气电极窗口位于所述框架本体的侧面，且每个所述金属电极槽对应两个所述空气电极窗口；相应的，两个所述空气电极窗口相对于所述金属电极槽对称设置。

进一步的，所述框架本体采用3D打印技术一体打印而成。

一种金属空气电池组，包括上述金属空气电池用框架，各所述金属电极槽内固定插设有金属电极，各所述空气电极窗口均固设有空气电极；所述框架本体、所述金属电极、所述空气电极与所述隔板围成用于容纳电解液的容纳腔体。

进一步的，所述金属电极外表面包覆有隔膜。

进一步的，所述空气电极内侧设置有导电碳毡。

进一步的，所述空气电极外侧设置有电池网。

进一步的，所述金属电极和所述空气电极上均设有用于汇集电流的导电集流体。

与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的金属空气电池用框架，包括框架本体、相互独立设置在框架本体上的金属电极槽和与各个金属电极槽相对应的空气电极窗口，每个金属电极槽和与之相对应的空气电极窗口之间形成了一独立的金属空气电池载体单元，各独立的金属空气电池载体单元逐次连接可形成一个整体框架本体，从而实现了各金属空气电池载体单元之间的无缝连接，有效减少了组合后的电池组的体积，方便携带。

本实用新型提供的金属空气电池组，通过采用上述金属空气电池用框架，在各个金属电极槽中插设金属电极，在各个空气电极窗口上固定连接空气电极，因此，能够在上述金属空气电池用框架中装配若干个金属空气电池，并将多个金属空气电池连接成一个整体，通过电路间的串联或并联，形成具有高放电电压或高放电电流的金属空气电池组。因为框架本体为一体结构，所以单电池之间没有任何搭接空隙，因此该金属空气电池组的体积较小，便于携带。通过串联，该金属空气电池组的电压可达3.6V，满足一般用电器件(例如：手机、相机及手持式电子设备)的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的金属空气电池用框架的结构示意图；

图2为本实用新型一种隔板的结构示意图；

图3为本实用新型另一种隔板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的金属空气电池组的装配结构示意图。

图标：100－框架；101－框架本体；102－金属电极槽；103－空气电极窗口；104－隔板；105－通孔；106－电解液储罐；107－进液口；108－加注口；201－金属电极；202－空气电极。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种金属空气电池用框架100包括框架本体101，框架本体101上设有至少两个依次相邻且相互独立的金属电极槽102和与各金属电极槽102分别相对应的空气电极窗口103；相对应的金属电极槽102和空气电极窗口103相连通。

本实施例提供的金属空气电池用框架，包括框架本体101、相互独立设置在框架本体101上的金属电极槽102和与各个金属电极槽102相对应的空气电极窗口103，每个金属电极槽102和与之相对应的空气电极窗口103之间形成了一独立的金属空气电池载体单元，各独立的金属空气电池载体单元逐次连接可形成一个整体框架本体，从而实现了各金属空气电池载体单元之间的无缝连接，有效减少了组合后的电池组的体积，方便携带。

如图1－3中所示，框架本体101上固设有至少一个隔板104，隔板104将相邻的两个金属电极槽102隔开，隔板104上设有用于流通电解液的通孔105。

如图1所示，框架本体101上设有金属电极槽102和设置于框架本体101外表面与金属电极槽102相对的空气电极窗口103，框架本体101内部设有隔板104，隔板104与框架本体101固定连接。其中，框架本体101为一个长方体的框架，内部结构中，纵向(即与框架本体101长边平行的方向)中间设置有金属电极槽102用于放置金属电极201。框架本体101外表上沿纵向(即与框架本体101长边平行的方向)开设有空气电极窗口103用于安装空气电极202。框架本体101结构内部横向(即与长边垂直的方向)设置有若干隔板104，隔板104的数量不少于1个，隔板104将框架本体101分隔成若干独立单元，每个独立单元由框架本体101、金属电极槽102、空气电极窗口103和隔板104构成，且每两个独立单元之间共用一个隔板104。每个独立单元内部为独立的电解液容纳腔体。

本实施例中的框架本体101选用的长方体结构，便于加工制造。此外，框架本体101还可以加工成其他形状，只要能用隔板104将整个的框架结构分为若干独立单元即可。

如图2和图3所示，隔板104上设有用于流通电解液的通孔105。

设置通孔105的目的是让电解液能在每个独立单元间自由流动，这样只需要在框架本体101上开设一个电解液的进液口107即可。当在一个独立单元的外周面上的框架本体101上开设进液口107时，加注电解液后，通过设置在隔板104上通孔105即可使电解液在不同的独立单元之间流动。

如图2所示，隔板104上的金属电极槽102的侧边放置区为直接在隔板104上开设的凹槽。如图3所示，隔板104上的金属电极槽102的侧边放置区由设置在放置区两边的挡板组成，此结构更能有效防止电解液渗漏。因此，本实施例中优先选用图3所示结构的隔板104。

继续参照图1，框架本体101上固设有电解液储罐106，金属电极槽102和空气电极窗口103之间的腔体与电解液储罐106相连通。

电解液储罐106固定安装在框架本体101的一端面外侧，用来盛装电解液，电解液通过设置在端面上的进液口107流进相邻的独立单元内的容纳腔体中。容纳腔体中的电解液再通过设置在隔板104上通孔105流向下一个相邻的独立单元内的容纳腔体中，这样方便加注电解液，只要在槽罐内加注电解液即可，避免了逐个为每个独立单元内的容纳腔体加注电解液，简化操作步骤的同时可以保证在使用过程中每个独立单元内的容纳腔体内的电解液都能得到及时补充。

电解液储罐106上设有电解液加注口108。其中，加注口108位于电解液储罐106的上部，方便加注。加注口108处设置有密封盖，当加注完成后用密封盖将加注口108密封，防止电解液溢出或蒸发。

如图1所示，金属电极槽102位于框架本体101的中间部位，空气电极窗口103位于框架本体101的侧面，且每个金属电极槽102对应两个空气电极窗口103；相应的，两个空气电极窗口103相对于金属电极槽102对称设置。

金属电极槽102位于中间部位，两侧对称设置有空气电极窗口103，这样在一定的长度方向上可以设置两个独立单元，从而可以装配成两个单电池。在具有相同发电量的情况下可以进一步缩小装配后得到的电池组的体积，提高发电效率。

框架本体101采用3D打印技术一体打印而成。

本实施例中的金属空气电池用框架100用来封装电池时，除用于电解液流动的通孔105外，应保证各独立单元内的其他部位的连接是相对封闭的，以避免在使用过程中发生由于电解液的泄漏造成电池性能降低的问题。采用3D打印技术一体加工而成，隔板104与框架本体101之间的连接可以做到无任何的缝隙，可以提高封装后的电池的使用寿命。同时，利用3D打印技术打印，提高了生产效率，且框架本体101的加工尺寸更精确，装配精度更高。

实施例二

如图4所示，本实施例是一种金属空气电池组，包括实施例一中的金属空气电池用框架100，各金属电极槽102内均固定插设有金属电极201，各空气电极窗口103均固设有空气电极202；框架本体101、金属电极201、空气电极202与隔板104围成用于容纳电解液的容纳腔体。

本实施例提供的金属空气电池组，通过采用实施例一中提供的金属空气电池用框架100，在各个金属电极槽102中插设金属电极201，在各个空气电极窗口103上固定连接空气电极202，因此，能够在上述金属空气电池用框架100中装配若干个金属空气电池，并将多个金属空气电池连接成一个整体，通过电路间的串联或并联，形成具有高放电电压或高放电电流的金属空气电池组。因为框架本体101为一体结构，所以单电池之间没有任何搭接空隙，因此该金属空气电池组的体积较小，便于携带。通过串联，该金属空气电池组的电压可达3.6V，满足一般用电器件(例如：手机、相机及手持式电子设备)的需要。

金属电极201采用插片式金属片，方便金属电极201的更换。金属电极201插入金属电极槽102内，空气电极202固定于空气电极窗口103的位置。每个金属电极201可以和一个空气电极202相对应，也可以与两个对称设置在两侧的空气电池相对应。当一个金属电极201与一个空气电极202相对应时，若要达到相同的使用电压，就要相对延长金属空气电池用框架100的长度，在一些使用场合会受到限制。因此，本实施例中，优选为每个金属电极201与两个空气电极202相对应，即每两个单电池共用一个金属电极201。这样可以有效较小框架本体101的长度和体积，提高了电池组的转换效率。

本实施例提供金属空气电池组中的电解液使用NaCl电解液，电解液盛装在电解液储罐106内。

上述金属电极201为镁电极、铝电极或锌电极中的任意一种。

上述空气电极202由内到外依次包括催化剂层、导电集流层和防水透气层。其中，催化剂层采用钙钛矿型催化剂层，优先选用La_1－xSr_xCuO_3－δ钙钛矿型催化剂，此结构的催化剂更有助于催化反应的进行，从而提高电池的输出电压。

金属电极201外表面包覆有隔膜。

在电池的放电过程中，金属电极201会随着氧化反应的进行生产金属的化合物。在金属电极201外表面包覆隔膜，可避免电池在使用过程金属化合物掉入电解液中污染电解液，影响电解液的使用性能。同时，隔膜可以使电解液到达金属电极201的表面，而与空气电极202保持隔离，以提高金属空气电池的可靠性。

空气电极202内侧设置有导电碳毡。

导电碳毡设置在空气电极202的内侧，与催化剂层相接处。导电碳毡可有效吸附导电离子，使空气电极202侧的还原反应更加均匀，并且对空气电极202侧的反应产物有阻隔作用，可以避免反应产物调入电解液中，影响电解液的使用性能。

空气电极202外侧设置有电池网。

电池网固定于框架本体101上，且固定在空气电极202的外侧，防止空气中的其他杂质进入，损坏空气电极202。

金属电极201和空气电极202上均设有用于汇集电流的导电集流体。

导电集流体为设置在金属电极201和空气电极202上的电流引脚，可以方便不同单电池间的串并联，以提供不同的电压和电流，满足不同使用设备的需求。

本实施例中，通过3D打印技术将多个单电池连接在一起，形成一体化结构，再通过金属电极201和空气电极202上引出的导电集流体，将多个单电池串联在一起，电压可达3.6V，满足大多数手持设备的用电需求，为偏远地区的手机充放电提供了便利条件，同时可用于灾后地区的用电照明。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。