[发明专利]空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及空气电池，具体而言，涉及通过提高电解液中的溶氧量而改善电池性能的空气电池。

背景技术

空气电池是使用空气，更确切地说，使用氧气，作为电池的正极活性物质的一种电池。空气电池的负极为金属材料，已知的负极金属材料例如有锂、钠、锌。正极以多孔性碳材料构成，以氧气与负极金属材料的离子的反应提供反应场所。空气电池的工作原理是，放电过程中，负极的负极金属（例如锂）释放电子后成为负极金属离子（例如Li+），负极金属离子穿过电解质材料，在正极与氧气、以及从外电路流过来的电子发生电极反应（例如Li＋与氧气和电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2））。

空气电池的能量密度高，有利于小型化和轻量化。例如锂空气电池的理论能量密度是传统锂离子电池的10倍，高到11680Wh/kg（汽油的能量密度为13000Wh/kg）。因此，空气电池受到广泛的关注，作为新一代大容量电池而备受瞩目。有研究表明，利用添加剂提高空气电池电解液中的溶氧量可以显著提高电池性能。

现有的空气电池的结构中利用的是氧气的自扩散。图1为现有空气电池的正极电极室中供氧模式和电解液溶氧量示意图。如图所示，正极电极室中填充有电解液，正极浸没在电解液中，含氧气体在电解液液面以上被引入正极电极室中，从而氧气自液面向下向电解液中扩散，如图中虚线箭头所示。这样的氧气供气方式和扩散方式造成正极电极室中电解液中的溶氧量自上而下下降，且含量梯度较大，如图1中黑点所示（这里，黑点的密度表示电解液中的溶氧量）。结果是浸没在电解液中的正极附近的溶氧量低。因此，现有的空气电池的结构不利于提高电解液中氧气的溶解量。

因此，需要提供一种能够促进电解液与氧气充分接触而改进电池性能的空气电池。

发明内容

本发明提供了一种空气电池，其包括：壳体；隔板，设置在所述壳体中以分隔出位于上侧的正极电极室和位于下侧的负极电极室；正极，设置在所述正极电极室中；负极，由负极金属材料制成，并设置在所述负极电极室中；电解液，填充在所述正极电极室和负极电极室中，并能够传递所述负极金属材料所对应的负极金属离子；和气体喷头，浸没在所述正极电极室内的电解液中并邻近所述正极，该气体喷头连接至所述壳体外部的气体源，以至少将来自所述气体源的含氧气体提供至所述正极。

优选，所述气体喷头设置在所述正极的下方。尤其优选，所述正极支撑所述气体喷头的上表面上。所述气体喷头的上表面可以开设有多个气体喷孔。另外，所述气体喷头的周缘可以形成有向上凸伸的凸缘，所述正极可以被保持在所述凸缘之内。所述气体喷头具有接收来自所述气体源的气体的进气口，所述多个气体喷孔优选形成为随着与所述进气口之间的距离的增加而具有更大的开口面积和/或更大的排列密度。

优选，所述气体喷头由所述隔板支撑。所述气体喷头和所述隔板之间是电绝缘的。

优选，所述隔板构造为使得所述正极电极室内的电解液与所述负极电极室内的电解液之间不连通，并且允许所述负极金属离子通过隔板，而不允许氧气分子通过。根据一些实施例，所述隔板可以由固体材料制成，并具有贯穿其中的孔洞，所述孔洞中里填充有高分子材料，所述高分子材料能够在电解液中溶胀以允许所述负极金属离子通过而不允许氧气分子通过。所述隔板可以由不锈钢制成。所述高分子材料可以包括以下组中的一种或多种：聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯的共聚物、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚烯烃、改性丁苯橡胶、氟化橡胶、聚氨酯、聚环氧乙烷，并且所述高分子材料中掺杂有所述负极金属材料的盐。

所述空气电池还可以包括第一弹簧，其具有导电性，并且一端连接至所述正极电极室中位于与所述隔板相对一侧的正极底座，另一端将所述正极偏压在所述气体喷头上。

所述空气电池还可以包括第二弹簧，其将所述负极偏压在所述负极电极室中位于与所述隔板相对一侧的负极底座。

优选，所述气体源还能够供应惰性气体。

优选，所述壳体是气密性的；并且所述正极电极室还连接有气压调节装置，用于调节所述正极电极室内部的气体压力。所述空气电池还可以包括设置在所述壳体外部的控制器，该控制器进行控制从而有选择地执行以下操作之一：允许自所述气体源供给含氧气体至所述气体喷头；允许自所述气体源供给惰性气体至所述气体喷头；以及切断来自所述气体源的气流。