一种高能量密度的密封型金属-空气电池及其电池组

技术领域

本发明涉及能源设备技术领域，具体为一种高能量密度的密封型金属-空气电池及其电池组。

背景技术

金属-空气电池是一种以金属与空气作为电池材料的新型电池，属于半开放电池，也是ORR反应和OER反应能源化的宏观体现之一，能源类器件是电催化剂的载体，一种可以将催化过程中的化学反应转换成能源的装置，合理的设计不仅可以发挥催化剂的最大用途，而且可以使得金属-空气电池的寿命得到极大的提高。

目前金属-空气电池具有转换效率高、运行安全、绿色环保、高能量密度和容量、平稳的放电特性、对负载和温度的依赖性低和较低的制造成本等特点，已广泛应用于移动设备、电动汽车、固定电站、军事通讯装备、便携式装备、无人机、车辆、潜艇、水面舰艇和航天器等领域。

然而，现有技术中，金属-空气电池的能量密度还有待提高，大电流放电性能也有待提升。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高能量密度的密封型金属-空气电池，该密封型金属-空气电池具有高能量密度和大电流放电性能好的优点。

为了克服现有技术的不足，本发明的第二个目的在于提供一种高能量密度的密封型金属-空气电池的电池组。

为实现上述第一个目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种高能量密度的密封型金属-空气电池，包括电池单体、封装于所述电池单体两侧的封板、以及贯穿于所述封板和所述电池单体并与所述电池单体连通的空气流通管和电解液流通管；

所述电池单体包括依次连接的空气承载板、空气电极板、电解液承载板和金属电极板。

通过采用上述技术方案，由于电池单体连通有空气流通管和电解液流通管，且电池单体包括依次连接的空气承载板、空气电极板、电解液承载板和金属电极板，因此，能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该密封型金属-空气电池的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。并且，该高能量密度的密封型金属-空气电池为全封闭的电池，密封性能好，进而充放电更加安全。

进一步的，所述空气承载板开设有空气空腔，所述电解液承载板开设有电解液空腔；其中，当电池单体被封装好后，所形成的空气空腔用于作为空气流通的场所，所形成的电解液空腔用于作为电解液的流通场所。

进一步的，所述空气空腔的腔壁开设有与所述空气流通管连通的空气进入口和空气流出口，所述电解液空腔的腔壁开设有与所述电解液流通管连通的电解液注入口和电解液流出口。其中，空气流通管中的空气经空气进入口流入空气承载板的空气空腔，电解液流通管的电解液经电解液注入口流入电解液承载板的电解液空腔，进而同时实现电解液流动和空气流动。

进一步的，所述空气进入口和空气流出口为对角设置；所述电解液注入口和电解液流出口为对角设置。其中，所述空气进入口和空气流出口对角设置，能够保证空气在整个空气空腔中的均匀性。所述电解液注入口和电解液流出口对角设置，能够保证电解液完全充满电解液空腔。

进一步的，所述空气流通管开设有与所述空气进入口连通的第一管路开口，所述电解液流通管开设有与所述电解液注入口连通的第二管路开口。其中，空气流通管中的空气经第一管路开口和空气进入口在空气流通管与空气空腔之间流通，电解液流通管中的电解液经第二管路开口和电解液注入口在电解液流通管与电解液空腔之间流通，进而很好地同时实现电解液流动和空气流动。

进一步的，所述空气流通管的数量设置有两个，两个所述空气流通管对角相对设置并依次贯穿于所述封板和所述电池单体；其中，两个对角设置的空气流通管，一个作为空气的流入管，一个作为空气的流出管，并经空气空腔，实现了空气的流入和流出。另外，由于两个空气流通管是对角设置的，进而能够进一步加强空气对流的强度，因而能够显著提高该密封型金属-空气电池的放电能力。另外，放电电流越大，加强空气对流对该密封型金属-空气电池的影响越显著。

进一步的，其中一个所述空气流通管作为流入管，其一端通过管道与第一泵体连接，另一端密封；另外一个所述空气流通管作为流出管，其一端连接管道，另一端密封，所述管道上设置有阀门；所述管道与所述第一泵体分别设置于所述电池单体的两侧；其中，流入管的密封处与流出管的密封处分别设置于电池单体的两侧；其中，第一泵体能够使得空气经作为流入管的其中一个空气流通管流入空气空腔，再经作为流出管的另外一个空气流通管经管道排出外界。当该高能量密度的密封型金属-空气电池长期不使用的时候，通过第一泵体往空气空腔中通入惰性气体，并关闭阀门，能够保护该电池的容量。另外，流出管与第一泵体连接的管道上设置有阀门，通过调节阀门的开关大小，能够调节空气的对流强度。

进一步的，所述空气承载板开设有两个对角相对设置的并与所述空气进入口连通的第一连接口，两个所述空气流通管分别贯穿两个所述第一连接口。其中，空气承载板的两个对角设置的第一连接口，用于贯穿空气流通管，并使得空气流通管的第一管路开口与空气进入口连通，进而实现空气的流动。

进一步的，所述电解液流通管的数量设置有两个，两个所述电解液流通管对角相对设置并依次贯穿于所述封板和所述电池单体；其中，两个对角设置的电解液流通管，一个作为电极液的注入管，一个作为电解液的流出管，并经电解液空腔，实现了电解液的注入和流出。另外，由于两个电解液流通管是对角设置的，进而能够进一步加强电解液对流的强度，因而能够显著提高该密封型金属-空气电池的放电能力。另外，放电电流越大，加强电解液对流对该密封型金属-空气电池的影响越显著。

进一步的，其中一个所述电解液流通管作为流入管，其一端通过管道与第二泵体连接，另一端密封；另外一个所述电解液流通管作为流出管，其一端通过管道与第二泵体连接，另一端密封；其中，流入管的密封处与流出管的密封处分别设置于电池单体的两侧；其中，第二泵体能够使得电解液经作为流入管的其中一个电解液流通管流入电解液空腔，再经作为流出管的另外一个电解液流通管流回到第二泵体，进而实现电解液流动的循环。

进一步的，所述电解液承载板开设有两个对角相对设置的并与所述电解液注入口连通的第二连接口，两个所述电解液流通管分别贯穿两个所述第二连接口。其中，电解液承载板的两个对角设置的第二连接口，用于贯穿电解液流通管，并使得电解液流通管的第二管路开口与电解液注入口连通，进而实现电解液的流动。

进一步的，所述第二连接口的两侧均设置有孔道密封圈。该孔道密封圈能够使得能够保证电极液流通的密封性。

进一步的，所述空气承载板的两侧均开设有第一密封圈凹槽，所述电解液承载板的两侧均开设有第二密封圈凹槽；所述高能量密度的密封型金属-空气电池还包括用于与所述第一密封圈凹槽和所述第二密封圈凹槽嵌接的凹槽密封圈。其中，通过凹槽密封圈嵌接于第一密封圈凹槽和第二密封圈凹槽，在对空气承载板、空气电极板、电解液承载板、金属电极板以及封板进行封装时，能够很好的增强该高能量密度的密封型金属-空气电池的密封性。

进一步的，所述空气电极板的一侧设置有第一凸出端部，所述金属电极板设置有第二凸出端部。其中，该高能量密度的密封型金属-空气电池组装后，通过空气电极板的第一凸出端部和金属电极板的第二凸出端部相互触接，进而实现电池的串联。

进一步的，所述空气流通管和所述电解液流通管的两端均设置有加固螺栓。该加固螺栓能够使得所组装的高能量密度的密封型金属-空气电池更加紧密贴合在，形成全封闭的电池，提高了密封性和稳固性，充放电更加安全。

为实现上述第二个目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种电池组，是由包括上述所述的一种高能量密度的密封型金属-空气电池组装而成，所述电池单体的数量至少为两个，所述电池单体相互贴合后两侧再封装封板，所述空气流通管和所述电解液流通管贯穿于所述封板和至少两个电池单体并与每个电池单体均连通；所述空气流通管开设有至少两个第一管路开口，所述第一管路开口分别与每个所述电池单体的空气进入口连通；所述电解液流通管开设有至少两个第二管路开口，所述第二管路开口分别与每个所述电池单体的电解液注入口连通。

其中，该电池组由于包括至少两个电池单体，进而能够根据实际应用的需要，通过多个电池单体的串联，增大电池组的电压和电流，进而组装出不同规格的电池组。并且，该电池组能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该电池组的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。而且该电池组为全封闭的电池，密封性能非常好，进而充放电更加安全。

相比现有技术，本发明主要具有以下有益效果：

(1)本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池，包括电池单体、封板、空气流通管和电解液流通管，由于电池单体与空气流通管和电解液流通管连通，且电池单体包括依次连接的空气承载板、空气电极板、电解液承载板和金属电极板，因此，能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该密封型金属-空气电池的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。并且，该高能量密度的密封型金属-空气电池为全封闭的电池，密封性能好，进而充放电更加安全。

(2)本发明的一种电池组，电池单体的数量至少为两个，电池单体相互贴合后两侧再封装封板，空气流通管和电解液流通管贯穿于封板和至少两个电池单体并与每个电池单体均连通，进而通过多个电池单体的串联，增大整个电池组的电压和电流，因而能够根据实际应用需要方便地调整电池单体的数量，具有很好的应用价值。并且该电池组能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该电池组的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。而且该电池组为全封闭的电池，密封性非常好，进而充放电更加安全。

(3)本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池及电池组，具有结构简单，生产成本低，并能易于大规模生产的特点。

附图说明

图1为本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池的电池单体的结构示意图；

图2为本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池的电池单体的另一视角的结构示意图；

图3为本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池的电池单体的分解结构示意图；

图4为本发明的一种电池组的结构示意图；

图5为本发明的一种电池组的分解结构示意图；

图6为本发明的空气流通管和电解液流通管的结构示意图。

图中：电池单体101；封板1；空气流通管2；电解液流通管3；空气承载板4；空气电极板5；电解液承载板6；金属电极板7；空气空腔8；电解液空腔9；空气进入口10；电解液注入口11；第一管路开口12；第二管路开口13；第一连接口14；第二连接口15；孔道密封圈16；第一密封圈凹槽17；第二密封圈凹槽18；凹槽密封圈19；第一凸出端部20；第二凸出端部21；加固螺栓22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

实施例1。

一种高能量密度的密封型金属-空气电池，如图1-图6所示，包括电池单体101、封装于电池单体101两侧的封板1、以及贯穿于封板1和电池单体101并与电池单体101连通的空气流通管2和电解液流通管3；其中，电池单体101包括依次连接的空气承载板4、空气电极板5、电解液承载板6和金属电极板7。

本发明的一种高能量密度的密封型金属-空气电池，由于电池单体101连通有空气流通管2和电解液流通管3，且电池单体101包括依次连接的空气承载板4、空气电极板5、电解液承载板6和金属电极板7，因此，能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该密封型金属-空气电池的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。并且，该高能量密度的密封型金属-空气电池为全封闭的电池，密封性能好，进而充放电更加安全。

本实施例中，请参阅图1至图3，空气承载板4开设有空气空腔8，电解液承载板6开设有电解液空腔9；其中，当电池单体101被封装好后，所形成的空气空腔8用于作为空气流通的场所，所形成的电解液空腔9用于作为电解液的流通场所。本实施例中，空气空腔8是由封板1和空气电极板5对空气承载板4贴合封装后，形成的封闭的空气空腔8。本实施例中，电解液空腔9是由空气电极板5和金属电极板7对电解液承载板6贴合后，并在电解液承载板6的一侧封装封板1，所形成的封闭的电解液空腔9。

本实施例中，空气空腔8的腔壁开设有与空气流通管2连通的空气进入口10和空气流出口，电解液空腔9的腔壁开设有与电解液流通管3连通的电解液注入口11和电解液流出口。其中，空气流通管2中的空气经空气进入口10流入空气承载板4的空气空腔8，电解液流通管3的电解液经电解液注入口11流入电解液承载板6的电解液空腔9，进而同时实现电解液流动和空气流动。

本实施例中，空气进入口10和空气流出口为对角设置；电解液注入口11和电解液流出口为对角设置，进而能够很好地同时实现电解液流动和空气流动。其中，空气进入口10和空气流出口对角设置，能够保证空气在整个空气空腔中的均匀性。其中，电解液注入口11和电解液流出口对角设置，能够保证电解液完全充满电解液空腔。

本实施例中，空气流通管2开设有与空气进入口10连通的第一管路开口12，电解液流通管3开设有与电解液注入口11连通的第二管路开口13。其中，空气流通管2中的空气经第一管路开口12和空气进入口10在空气流通管2与空气空腔8之间流通，电解液流通管3中的电解液经第二管路开口13和电解液注入口11在电解液流通管3与电解液空腔9之间流通，进而很好地同时实现电解液流动和空气流动。

本实施例中，请参阅图4至6，空气流通管2的数量设置有两个，两个空气流通管2对角相对设置并依次贯穿于封板1和电池单体101；具体的，两个空气流通管2在贯穿电池单体101时，是贯穿空气承载板4和电解液承载板6。其中，两个对角设置的空气流通管2，一个作为空气的流入管，一个作为空气的流出管，并经空气空腔8，实现了空气的流入和流出。另外，由于两个空气流通管2是对角设置的，能够增加空气在空气空腔8中的停留时间，进而能够很好地实现空气流动。因而能够显著提高该密封型金属-空气电池的放电能力。另外，放电电流越大，加强空气对流对该密封型金属-空气电池的影响越显著。

本实施例中，其中一个空气流通管2作为流入管，其一端通过管道与第一泵体连接，另一端密封；另外一个空气流通管2作为流出管，其一端连接管道，另一端密封，管道上设置有阀门；管道与第一泵体分别设置于电池单体的两侧其中，流入管的密封处与流出管的密封处分别设置于电池单体的两侧；其中，第一泵体能够使得空气经作为流入管的其中一个空气流通管2流入空气空腔8，再经作为流出管的另外一个空气流通管2经管道排出外界。当该高能量密度的密封型金属-空气电池长期不使用的时候，通过第一泵体往空气空腔8中通入惰性气体，并关闭阀门，能够保护该电池的容量。另外，流出管与第一泵体连接的管道上设置有阀门，通过调节阀门的开关大小，能够调节空气的对流强度。

本实施例中，空气承载板4开设有两个对角相对设置的并与空气进入口10连通的第一连接口14，两个空气流通管2分别贯穿两个第一连接口14。其中，空气承载板4的两个对角设置的第一连接口14，用于贯穿空气流通管2，并使得空气流通管2的第一管路开口12与空气进入口10连通，进而实现空气的流动。另外，为了在电池单体101和封板1中贯穿空气流通管2，封板1和电解液承载板6中相对应于空气承载板4的第一连接口14的位置也开设有相应的通孔。

本实施例中，请参阅图4至6，电解液流通管3的数量设置有两个，两个电解液流通管3对角相对设置并依次贯穿于封板1和电池单体101；其中，两个对角设置的电解液流通管3，一个作为电极液的注入管，一个作为电解液的流出管，并经电解液空腔9，实现了电解液的注入和流出。另外，由于两个电解液流通管3是对角设置的，进而能够进一步加强电解液对流的强度，因而能够显著提高该密封型金属-空气电池的放电能力。另外，放电电流越大，加强电解液对流对该密封型金属-空气电池的影响越显著。

本实施例中，其中一个电解液流通管3作为流入管，其一端通过管道与第二泵体连接，另一端密封；另外一个电解液流通管3作为流出管，其一端通过管道与第二泵体连接，另一端密封；其中，流入管的密封处与流出管的密封处分别设置于电池单体的两侧；其中，第二泵体能够使得电解液经作为流入管的其中一个电解液流通管3流入电解液空腔9，再经作为流出管的另外一个电解液流通管3流回到第二泵体，进而实现电解液流动的循环。

本实施例中，电解液承载板6开设有两个对角相对设置的并与电解液注入口11连通的第二连接口15，两个电解液流通管3分别贯穿两个第二连接口15。其中，电解液承载板6的两个对角设置的第二连接口15，用于贯穿电解液流通管3，并使得电解液流通管3的第二管路开口13与电解液注入口11连通，进而实现电解液的流动。另外，为了在电池单体101和封板1中贯穿电解液流通管3，封板1和空气承载板4中相对应于电解液承载板6的第二连接口15的位置也开设有相应的通孔。

本实施例中，第二连接口15的两侧均设置有孔道密封圈16。该孔道密封圈16能够使得能够保证电极液流通的密封性。

本实施例中，空气承载板4的两侧均开设有第一密封圈凹槽17，电解液承载板6的两侧均开设有第二密封圈凹槽18；该高能量密度的密封型金属-空气电池还包括用于与第一密封圈凹槽17和第二密封圈凹槽18嵌接的凹槽密封圈19。其中，通过凹槽密封圈19嵌接于第一密封圈凹槽17和第二密封圈凹槽18，在对空气承载板4、空气电极板5、电解液承载板6、金属电极板7以及封板1进行封装时，能够很好的增强该高能量密度的密封型金属-空气电池的密封性。

本实施例中，空气电极板5的一侧设置有第一凸出端部20，金属电极板7设置有第二凸出端部21。其中，该高能量密度的密封型金属-空气电池组装后，通过空气电极板5的第一凸出端部20和金属电极板7的第二凸出端部21相互触接，进而实现电池的串联。

本实施例中，空气流通管2和电解液流通管3的两端均设置有加固螺栓22。该加固螺栓22能够使得所组装的高能量密度的密封型金属-空气电池更加紧密贴合在，形成全封闭的电池，提高了密封性和稳固性，充放电更加安全。

实施例2。

一种电池组，请参阅图4至6，是由包括实施例1的一种高能量密度的密封型金属-空气电池组装而成，电池单体101的数量至少为两个，本实施例中，如图4至图5所示，电池单体101的数量为五个，电池单体101相互贴合后两侧再封装封板1，空气流通管2和电解液流通管3贯穿于封板1和五个电池单体101并与每个电池单体101均连通；其中，空气流通管2开设有五个第一管路开口12，第一管路开口12分别与每个电池单体101的空气进入口10连通；电解液流通管3开设有五个第二管路开口13，第二管路开口13分别与每个电池单体101的电解液注入口11连通。

其中，该电池组由于包括五个电池单体101，进而能够根据实际应用的需要，通过多个电池单体101的串联，增大电池组的电压和电流，进而组装出不同规格的电池组。并且，该电池组能够同时实现电解液流动和空气流动，并能加强空气对流强度，显著提高该电池组的大电流放电能力和功率密度，进而达到更高的能量密度和大电流放电性能。而且该电池组为全封闭的电池，密封性能非常好，进而充放电更加安全。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。