电池和电池系统技术方案

一种非气密的电化学电源，其包括第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜。第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜的第二部分不同的性质，例如密度，孔隙度，质量输运阻抗，厚度，或者透气性。本发明专利技术也公开设计电化学电池盒的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电池和电池系统本专利技术涉及电池和电池系统。电池是常用的电能源。电池包含一个负电极，典型地称作阳极，以及一个正电极，典型地称作阴极。阳极包含可以被氧化的活性物质；阴极包括或者消耗可以被还原的活性物质。阳极活性物质能够还原阴极活性物质。为了防止阳极物质和阴极物质的直接反应，阳极和阴极由隔板彼此电隔离。当电池用作设备中的电能源时，电接触点被制作到阳极和阴极，使电子流过设备并且使相应的氧化和还原反应发生，以提供电能。与阳极和阴极接触的电解液例如氢氧化钾包含离子，离子流过电极之间的隔板以维持放电期间贯穿整个电池的电荷平衡。在金属-空气电化学电池中，氧在阴极被还原，而金属在阳极被氧化。氧从电池外部的大气通过电池壳中的一个或多个气孔提供到阴极。为了延长电池寿命，最好是阴极在使用时暴露于气流，而不使用时与气流隔离。在使用过程中，希望向阴极提供均匀而且充足的空气进入，以提供例如活性物质的均匀放电和/或相对高的放电电压外形。本专利技术涉及电池和电池系统。一个方面，本专利技术的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的密度。另一方面，本专利技术的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜具-->有第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的孔隙度。另一方面，本专利技术的特征是一种非气密的电化学电源，其包括第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的物质，第二电极位于隔板和该物质之间。穿过该物质第一部分的透气性与穿过该物质第二部分的透气性不同。另一方面，本专利技术的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板，以及与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间。隔膜具有第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的质量输运阻抗。另一方面，本专利技术的特征是一种非气密的电化学电源，其具有第一电极，第二电极，第一电极和第二电极之间的隔板。隔板包括第一部分，该第一部分具有与隔板第二部分不同的质量输运阻抗。本专利技术这些方面的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。电源还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔邻近并且具有比第二部分高的密度。第二部分离空气进入孔比第一部分离空气进入孔远。第一部分与空气进入孔对齐。第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。隔膜是可透气的。第一和第二部分作为一个组件整体形成。隔膜包括聚四氟乙烯。电源是金属-空气电池。电源还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。另一方面，本专利技术的特征是一种电池盒，其包括外壳和外壳中的电化学电池，外壳具有多个空气进入孔，这些空气进入孔被配置以可选择地控制进入该外壳的气流，电池具有与空气进入孔邻近的顶面和侧面。孔位于电池侧面之上，而外壳不含完全在电池顶面之上的孔。实施方案可以包括下面特征的一种或多种。盒包括盒中两个相邻的电化学电池，该两个电池定义它们之间的间隙，其中孔仅位于电池侧面之上以及该间隙之上。盒包括盒中两个相邻的电化学电池，该两个电池定义它们之间的间隙，其中孔仅位于电池侧面之上或者该间-->隙之上。孔偏离电池。孔在电池侧面之上集中。实施方案可以包括下面优点的一种或多种。电池和/或电池系统可以具有相对长的活化保存寿命。电池和/或电池系统可以相对高的活性物质利用率。电池和/或电池系统可以具有电流分布或密度的增强的均匀性。结果，相对均匀的溢流和/或改进的活性物质利用率可以被获得。电池和/或电池系统可以用于高电流或速率的应用或设备。一个方面，本专利技术的特征是一种电池，例如金属-空气电池，该电池具有阴极，阴极具有内表面和外表面并且定义一个腔，与阴极的内表面相邻的隔板，与隔板相邻并位于腔内的阳极，以及与阴极的外表面相邻的透气、不透液体的阻挡层，阻挡层定义电池的外表面。因此，阴极充当电池的容器或外壳。阴极可以定义两个开口端。两个端件可以连接到阴极的开口端，并且阳极集电器可以贯穿该两个端件。本专利技术的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。阴极包括集电器，并且电池还包括连接到该集电器的导电接头。集电器接合到一起以形成接缝，并且导电接头沿着该接缝连接到集电器。电池还包括位于导电接头之上的密封剂。阻挡层包括聚四氟乙烯。端件被配置以与阴极紧密配合，并且沿着电池的纵轴与阴极对齐。电池还包括连接到阳极集电器的导电接头。端件和阴极由密封剂来接合。端件包括电绝缘材料例如丙稀腈-丁二烯-苯乙烯。隔板粘合到阴极。阻挡层层压到阴极。阴极可以具有基本上矩形，基本上正方形的横截面，基本上三角形或基本上圆形的横截面。电池可以选定尺寸以安装在外壳内，外壳适合于管理流入或流出该外壳的气流。另一方面，本专利技术的特征是一种制造电池的方法。该方法包括放置与阴极相邻的第一层，第一层是电绝缘的，放置与阴极相邻的第二层，第二层是透气但不透液体的，以及形成阴极，其中第二层定义-->电池的外表面。该方法也可以包括使已形成的阴极与两个端件紧密配合，并且用密封剂将两个端件接合到阴极，其中使已形成的阴极与两个端件紧密配合包括放置通过端件的阳极集电器。本专利技术的实施方案可以包括下面特征的一种或多种。放置与阴极相邻的第二层包括将第二层层压到阴极。放置与阴极相邻的第一层包括将第一层粘合到阴极。形成阴极包括用阴极定义一个腔，并且该方法还包括在腔中放置阳极。阴极包括集电器，并且形成阴极还包括将集电器接合到一起以形成接缝。该方法还包括将导电接头连接到集电器。该方法还包括在导电接头上放置密封剂。本专利技术的其他特征和优点将从其优选实施方案的描述以及从权利要求书中变得明白。图1是电池盒实施方案的透视图。图2是图1电池盒的分解透视图，同时显示电化学电池。图3是图1电池盒的平面图。图4是图3电池盒沿着线4-4所取的横截面视图。图5是图4电池盒的详细视图。图6是电化学电池实施方案的透视图。图7是图6电池的部分切去的视图。图8是图6电池的横截面视图。图9是图8电池的详细视图。图10是电池系统实施方案的部分透视图。图11是图10电池系统的详细视图。图12是电池组实施方案的横截面示意图。图13是图12电池组一部分的示意图。图14是作为每气室列数的函数的氧浓度的曲线。图15是用于设计空气进入口的方法的实施方案的流程图。图16A，16B，16C和16D是修改的阻挡层的模拟图案的实施方案的说明。图17是钮扣电池45度部分的有限单元网格。-->图18A和18B分别是修改的和未修改的阻挡层在5mA外加电压时的模拟氧分布。图19是作为图16A-16D图案最终孔隙度的函数的极限电流的曲线。图20是作为图16A-16D图案最终孔隙度的函数的改变的保存寿命/未改变的保存寿命的曲线。图21是图16A-16D图案的最大电流密度/最小电流密度的曲线。图22显示作为空气进入口直径增量的函数的标准偏差和最大/最小的曲线。图23显示作为空气进入口直径改变的函数的极限电流和保存寿命的改变，以及电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非气密的电化学电源，包括：　　　　第一电极；　　　　第二电极；　　　　第一电极和第二电极之间的隔板；　　　　与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，　　　　其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的密度。

【技术特征摘要】
US 2001-2-1 60/265,8221.一种非气密的电化学电源，包括：第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的密度。2.权利要求1的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分高的密度。3.权利要求2的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。4.权利要求2的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。5.权利要求2的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。6.权利要求1的电源，其中隔膜是可透气的。7.权利要求1的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。8.权利要求1的电源，其中隔膜包括聚四氟乙烯。9.权利要求1的电源，其中该电源包括金属-空气电池。10.权利要求1的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。11.一种非气密的电化学电源，包括：第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜-->之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的孔隙度。12.权利要求11的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分低的孔隙度。13.权利要求12的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。14.权利要求12的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。15.权利要求12的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。16.权利要求11的电源，其中隔膜是可透气的。17.权利要求11的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。18.权利要求11的电源，其中隔膜包括聚四氟乙烯。19.权利要求11的电源，其中该电源包括金属-空气电池。20.权利要求11的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中隔膜具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。21.一种非气密的电化学电源，包括：第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的物质，第二电极位于隔板和该物质之间，其中穿过该物质第一部分的透气性与穿过该物质第二部分的透气性不同。22.权利要求21的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进入孔相邻，并且具有比第二部分低的透气性。23.权利要求22的电源，其中第二部分距离空气进入孔比第一部分距离空气进入孔远。-->24.权利要求22的电源，其中第一部分与空气进入孔对齐。25.权利要求22的电源，其中第一部分具有比空气进入孔区域大的区域。26.权利要求21的电源，其中物质是可透气的。27.权利要求21的电源，其中第一和第二部分作为一个组件整体形成。28.权利要求21的电源，其中物质包括聚四氟乙烯。29.权利要求21的电源，其中该电源包括金属-空气电池。30.权利要求21的电源，还包括具有多个空气进入孔的容器，其中物质具有对流过空气进入孔的气体均匀的质量输运阻抗。31.一种非气密的电化学电源，包括：第一电极；第二电极；第一电极和第二电极之间的隔板；与电池外部的环境流体联通的隔膜，第二电极位于隔板和隔膜之间，其中隔膜包括第一部分，该第一部分具有与隔膜第二部分不同的质量输运阻抗。32.权利要求31的电源，还包括具有一个空气进入孔的容器，其中第一部分与空气进...

【专利技术属性】
技术研发人员：耶利那库兹尼特索娃，鲍里斯马克维茨基，罗伯特帕夫林斯基，戴维L帕帕斯，奥里格波多普利戈娃，托马斯R理查兹，乔纳森奥尼尔，威廉温德洛斯基，史蒂文G凯尔西，萨亚莫图帕里，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]