适合用于金属/空气电池组的被保护阳极结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于金属/空气电化学电池的金属阳极的改进型结构，其使阳极 的工作时间更长，并且将可能发生在电化学电池中的无用寄生反应降到最低程度。
【背景技术】
[0002] 作为高能量密度电化学电源，空气电池组展示出良好的发展前景。从最广义上讲， 金属/空气电化学电池的运作基于发生在阴极处的氧气（例如，大气中的氧气）的还原和 金属阳极的氧化。存在于电池中的含水电解液是强碱性溶液，例如，高浓度氨氧化钟溶液。 在图1中示意性地描绘了金属/空气电池组的结构，在该图中，示出了空气阴极、消耗性金 属阳极和电解液。
[0003] 常用的空气阴极由W下项组成：（i)电子导电丝网、膨胀锥、或者用作集流体的 金属泡沫；（ii)设置在集流体内的活性电极颗粒（包括用于促进氧还原的催化剂）；W及 (iU)支撑在所述丝网或者锥的一个面上的疏水多孔膜（PTFE、Tefl〇n'K)。空气阴极的两 个相对的面分别暴露于大气和碱性电解液。空气阴极能使空气透过，而其外表面是疏水的 并且不能使含水电解液透过。
[0004] 浸入电解液中的阳极由金属制成，诸如，侣、锋、儀、铁及其合金。当使用侣阳极时， 则电池为一次电池。在锋阳极的情况下，一次电池和二次电池都是已知的。
[0005] 例如，针对空气/侣电池，放电反应如下：
[0006] 4A1+302+6H20-4A1 (OH) 3
[0007] 通过在侣阳极在电池反应中已经基本耗尽之后用新的阳极更换用完的侣阳极，来 实现电池的再充电。
[0008] 从最广义上讲，可W将施覆在金属/空气电池组中的阳极定义为W由两个相对的 平行面（下文称为"底部"）和位于通常与底部垂直的平面中的侧面（下文称为"侧面"） 组成的表面为界的空间体。通常，阳极具有多面体表面；阳极为板状，底部的尺寸例如为 5. 0-5. 0cm*cm至 3〇-30cm*cm，并且厚度在 0. 3cm至 4.Ocm范围内。
[0009] 使用时，将阳极放置在电化学电池中，使得阳极的底部与空气阴极的活性面平行。 阳极的底部构成电化学活性区域，放电反应和充电反应发生在运些电化学活性区域中。然 而，除了所需的电化学反应之外，阳极可能会与存在于电池中的碱性电解液直接（即，化学 地）反应。阳极的意外化学氧化主要是由于两种因素。
[0010] 首先，在空气电池充电或者放电时，阳极的侧面易于与苛性电解液直接发生化学 反应，引起使总体电池效率降低的无用寄生反应。随着电解液导电率降低，因所述反应而放 出的氨气可W进一步降低电池的电压。
[0011] 其次，当用户停止电池组的运作时（例如，当安装有所述电池组的电动车辆未处 于运动中时），通常建议排出电池隔间的电解液。已观到，无法从电池隔间完全移除电解液， 并且一些苛性电解液残留物陷在阳极板与电池的壳体之间的间隙中，即，在阳极板的侧面 上。余留在阳极的侧面的表面上的运些小"电解液岛形物"继续与阳极材料反应。所述反 应预计会继续下去，直到"电解液岛形物"中的氨氧离子全部耗尽。
[0012] US4, 414, 293描述了用于金属/空气电池的寄生耐腐蚀阳极，其中阳极的边缘 (即，阳极的非电化学活性面）涂有金属薄膜，所述金属在电池的碱性环境下是惰性的。金 属保护薄膜（例如，儀、银或者金）通过电解技术沉积在阳极的边缘上。
[0013] US4, 564, 570描述了一种用于消耗性金属阳极（尤其是裡）的边缘密封件。所述 密封件由脆性聚合物涂层组成。据US4, 564, 470报告，当将外围边缘涂有类橡胶电锻材料 的裡阳极暴露于含水电解液时，观察到了剧烈的边缘腐蚀。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种能够减少上述无用腐蚀过程的阳极配置。应该注意， 此处仅将上面参照图1所描述的侣/空气电池视为示例。下面将详细描述的由本发明提供 的新颖阳极结构适合用于可W应用在电动车辆、便携式电子设备、无人机和其他应用中的 很多金属-空气电池组（例如，基于侣、锋、儀和铁），所述阳极结构包括双电池配置，在所述 配置中，阳极定位在两个阴极之间的空间中，如下所述。
[0015] 现在，已经发现，通过将弹性聚合物涂覆到电化学电池中的阳极的侧面上，可W最 小化或者显著抑制碱性电解液对所述侧面的腐蚀，使得当将阳极紧紧固定在适当位置并且 压抵于电化学电池的壁时，涂覆到阳极的侧表面上的弹性聚合物起到有效密封件的作用， 所述有效密封件最小化流过所述侧表面的电解液。术语"弹性聚合物"在此处用于描述表 现出弹性的均聚物W及共聚物（包括S元共聚物）：能够快速地伸展和缩回，或者，在负载 (压缩）下能够经受形状变化并且恢复到其原始形状，即，橡胶或者弹性体。在下文中，字词 "橡胶"用于描述天然存在的聚合物和合成聚合物（后一种聚合物也称为"弹性体"）。
[0016] 所选的弹性聚合物优选地是泡沫橡胶（也称为"海绵橡胶"）。泡沫橡胶通常分为 =组：闭孔、开孔或者半闭孔。下面报告的实验结果表明，结合了充足的柔初性和弹性与优 良的密封性能的闭孔或者半闭孔泡沫橡胶，例如，闭孔或者半闭孔乙締-丙締-二締单体 (EPDM)，尤其适合用作用于阳极的弹性聚合物密封件。施覆到阳极的侧表面上的EPDM保护 构件起到屏障的作用，所述屏障不能使或者几乎不能使含水电解液透过，从而防止或者最 小化阳极不期望地被电解液氧化。
[0017] 因此，本发明的一个方面设及一种金属/空气电化学电池，其包括：至少一个空气 阴极、碱性电解液和至少一个阳极组件（优选是侣阳极），其中阳极组件是呈空间体的形 式，其W由两个相对的平行底部和侧面组成的表面为界，所述侧面上设置有包括弹性聚合 物密封件的保护构件。
[0018] 本发明的另一方面是一种用于制造金属/空气电化学电池的工艺流程，所述金属 /空气电化学电池包括外壳、至少一个空气阴极、与阴极间隔开的阳极、W及在所述阴极和 阳极之间的空间中的碱性电解液，所述工艺流程包括：将呈弹性聚合物密封件形式的保护 构件施覆在所述阳极的侧面与所述外壳的壁之间的间隙中。应该注意，可W将橡胶施覆在 阳极的侧表面上（例如，通过粘合剂等），之后将涂有橡胶的阳极放置在外壳中，或者，替代 地，可W将橡胶附着在电池架内，暴露出来的阳极压抵于电池架。
[0019] 本发明还设及一种用于侣/空气电化学电池的侣阳极，所述阳极是W由两个相对 的平行底部和位于与底部基本垂直的平面中的四个侧面组成的表面为界的空间体，例如， 板状阳极，其特征在于，将橡胶，尤其是泡沫橡胶，例如闭孔或者半闭孔EPDM橡胶，施覆在 阳极的所述侧面的至少一部分上，并且优选地，施覆在所述阳极的整个侧面之上，W保护 所述侧面不被碱性电解液氧化。例如，当旨在用于由具有碱性电解液的侣/空气电池供 电的电动车辆时，板状阳极的两个底部中的每个底部的面积为25cm2至1600cm2,优选地为 150cm2至300cm2，更优选地为200cm2至300cm2，并且阳极的厚度为0. 5cm至5畑1，优选地为 0. 5cm至2畑1，更优选地为0. 7cm至1. 3畑1。施覆在阳极的侧表面上的橡胶的厚度（未压缩， 良P，无负载）为0. 5mm至7mm，优选地为1. 5mmto7mm，更优选地为3mm至5mm。
[0020] 本发明人也已经发现，可W通过将呈包括环氧树脂或者含氣聚合物树脂的表面涂 层形式的保护