一种金属空气电池负极

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种金属空气电池负极。

背景技术

当金属空气电池放电过程中，负极的结构及组成对于放电效率，放电电压，以及减少极化现象等，有很关键的作用。

但是现有的负极结构多采用由负极反应金属材质直接制备的片状、多孔隙状或其他结构，但是作为负极反应中的消耗材质，在电池使用至中后期阶段，因为其材料消耗，会出现负极脱落、断裂等结构损坏，而结构上的损坏会导致电池在材料未使用完的状态下提前报废，影响其使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属空气电池负极。

具体技术方案如下：

一种金属空气电池负极，其不同之处在于，包括：

负极容器；

在负极容器中的负极体，所述负极体可从所述负极容器中取出，所述负极体包括一个或多个负极层，所述负极层包括负极骨架及负载在所述负极骨架表面的活性金属层；

及

负极引出线，所述负极引出线与所述负极体接通；

其中，所述金属空气电池负极以所述活性金属层为原料发生氧化反应，所述负极骨架在所述活性金属层存在的情况下不发生化学反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过将活性金属层负载至负极骨架上，确保在反应整个阶段，负极结构的牢固性，充分利用反应材质，提高反应材质的利用率，延长使用寿命。

进一步，所述负极骨架上分布若干个通孔。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：负极骨架采用分布孔状结构，有利于参与反应的离子或物质能更好的自由扩散进反应体系中。

进一步，所述负极骨架包括若干根丝状单元，所述丝状单元相互交叉形成网状结构。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：上述方案设置的多孔结构制造方法更简单，节省成本，通孔更大，扩散效果更好。

进一步，所述负极骨架由高导电率金属材质制备，且导电率高于活性金属层。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：当放电反应时产生的电子可以经高电导率的集电金属迅速导走，并因集电金属电阻率更低，可以降低电压损失，即可以提高电池电压，产生电流后能迅速导走，亦可减少极化现象，提高放电效率。

进一步，所述负极骨架的材质为Cu。

进一步，所述活性金属层包裹于所述丝状单元的外层。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：提高反应物质在负极骨架上的比表面积，提高反应速率。

进一步，所述金属空气电池负极还包括填充在所述负极容器中的电解液。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：将电解液填充在负极容器中。

进一步，所述金属空气电池负极还包括透离子膜，所述透离子膜将所述负极体密封在所述负极容器中。

进一步，所述透离子膜包括阴离子交换膜层。

进一步，所述透离子膜包括阴离子交换膜层及防水膜层，所述防水膜层朝向所述负极容器的外部。

进一步，所述透离子膜包括防水膜层为聚四氟乙烯膜。

进一步，所述负极容器包括容器本体及设于所述容器本体上的腔口，所述负极骨架分布通孔的一侧朝向所述腔口。

进一步，所述负极体包括多个负极层。

采取上述进一步方案的有益效果在于，进一步提高金属的比表面积及负载量，提高反应速率。

进一步，所述负极容器中内置有与所述电解液接触的吸水层。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：吸水层可吸收电解液中放电时产生的水，避免水分过多导致金属剧烈自腐，维持负极反应速率。

附图说明

图1为实施例1金属空气电池负极一种实施方式的侧面剖视图；

图2为实施例1负极层的一种实施方式；

图3为图2中负极层的剖面图；

图4为实施例1金属空气电池负极一种实施方式的正面剖视图；

图5为实施例1金属空气电池负极一种实施方式的正面剖视图；

图6为丝状单元剖视图；

图7为实施例1金属空气电池负极一种实施方式的侧面剖视图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

其中，负极容器-1，容器本体-101，腔口-102，负极体-2，负极层-201，负极骨架-2011，活性金属层-2012，负极引出线-3，通孔-2011a，丝状单元-2013，电解液-4，透离子膜-5，负极集电极-6，吸水层-7。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例提供一种金属空气电池负极，包括：

如图1所示，负极容器1，容纳于在负极容器1中的负极体2，负极体2可从所述负极容器1中取出，负极体2包括一个或多个负极层201，与负极体2接通的负极引出线3；负极层201包括负极骨架2011及负载在负极骨架2011表面的活性金属层2012，活性金属层2012是由可以在电化学体系中发生氧化反应的金属材质制备，其具体材质可根据体系不同要求或环境进行替换，具体至本实施例，其材质为铝或铝合金，所发生的氧化反应式如下：

负极具体反应式为：

Al-3e→Al

Al

在本实施例中，为提高反应金属的负载量，延长电池的使用时间，采取多层负极层201构成的负极体2。

图2～图6所示，可采用多种结构的负极骨架2011，并配套相应的活性金属层2012负载模式，形成不同负极层201。

如图2～图3所示，可在整个负极骨架2011上负载活性金属层2012.

在本实施例中，为便于参与氧化反应的离子通过，具体指代OH-离子，在其负极骨架2011上分布若干个通孔2011a，开设通孔的形状与制作形式不做限制，可采取多种方式。

如图4所示，可采用在整个负极骨架2011上开设通孔2011a，在负极骨架2011未开设通孔处负载活性金属层2012。

或者如图5～图6所示，采取若干根丝状单元2013相互交叉形成网状结构，活性金属层2012包裹于丝状单元2013的外层。采取该方案时，制造方法更简单，节省成本，通孔更大，扩散效果更好，且提高活性金属层在负极骨架上的比表面积，提高反应速率。

在本实施例中，为提高反应所产生电子的导电速率，负极骨架2011采用不参与反应(金属活性低于活性金属层的材质)的高导电率金属材质制备，具体至本实施中，负极骨架的材质为Cu。

为提高活性金属层反应率，本实施例往负极容器1中注入的液体电解液4，使活性金属层2012可与其充分反应，在本实施例中，电解液由一种无机强碱和/或至少一种有机强碱与无水溶剂混合而成，无水溶剂为乙醇或甘油。醇类无水溶剂其含有羟基，可以与水形成水合物，从而溶解一部分氢氧化钾等无机强碱，并且可以完全溶解有机类强碱，反应中氢氧化铝与强碱反应产生的水分子可以完全溶于电解液中。

在负极容器注入电解液的情况下，为减少后续的装配程序，采用便于OH

为进一步降低金属空气电池负极自腐析氢反应程度，大幅提高金属活性层的利用率，在金属空气电池负极中采用防水措施，避免水进入负极容器中，在本实施例中，将透离子膜5采用阴离子交换膜层(图中未示出)与聚四氟乙烯膜层(图中未示出)叠加，聚四氟乙烯膜层朝向负极容器1的外侧，即可以起到扩散OH

同时，在负极容器1内部设有与电解液4接触的吸水层7，吸水层7的材料采用无水氧化钙制备。

对比例1

本对比例提供一种金属空气电池负极，与实施例1相同的Al制材质制成片状结构，除去负极骨架，装入负极腔体中，所采用材料质量与实施例1相同，其余结构与实施例1图7所示的结构相同。

实施例2

将实施例1中带图2负极层结构的负极(含吸水层)、图4所示的负极(含吸水层)、图5所示的负极(含吸水层)，及对比例1的负极与以氧气及水为原料的正极组装成电池各结构中，Al的质量为50g，待各电池中，电池放电量为0时，统计未耗尽的Al的质量及放电过程中的功率，测试结果如表1所示。

表1放电电压及使用时长测试

从表1可以看出，实施例1与对比例1的区别在于，采用了负极骨架负载活性金属层，其活性金属层的使用率及放电效率明显高于未使用负极骨架的；

其次，发明人发现在骨架载体上开设通孔的活性金属层的使用率及放电效率优于未采用通孔结构的，在开设方式上，采用丝状单元交叉成网状又可进一步提高使用率及放电效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。