碱金属-空气充电电池制造技术

本发明专利技术主要涉及碱金属

【技术实现步骤摘要】
碱金属
‑
空气充电电池


[0001]本专利技术主要涉及高温化学电池的结构，具体涉及一种碱金属
‑
空气充电电池。

技术介绍

[0002]目前大部分空气电池采用水系电解液，以KOH/NaOH等碱性金属氢氧化物的水溶液或者氯化物KCl/NaCl等水溶液作为电解液。电池放电反应时，在电池的正极端，空气和水反应生产OH
‑
离子：
[0003]O2+2H2O+4e
‑
→
4OH
‑
[0004]在电池的负极，金属单质M失去电子变成相应的离子M
x+
(X为金属M的电荷价位)，然后在电解液中金属单质的M
x+
离子和OH
‑
离子结合。铝、镁、锌、铁、锡等金属与OH
‑
的产物在水中沉淀，电离程度很低，所以很难通过电离而进行完全的反向充电，同时这些金属对应的空气电池的放电过程大部分是不可逆的。另外，锂、钠、钾等碱性金属的氢氧化物极易溶于水，但是这些金属都比元素氢要活泼，电解相应碱性金属的氢氧化物的水溶液在电池负极只产生H2，而不会产生相应金属单质，所以也很难实现相应空气电池的可逆充电。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于防止碱金属
‑
空气电池充电过程中产生的碱金属单质与氧气和水进行接触。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种碱金属
‑
空气充电电池，包括电池腔，电池腔内填充有电解液，采用的电解液：
[0007]选自具有使水保持气态的工作温度，并且
[0008]是碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，电池腔包括：负极部、连通部和正极部，负极部的下部和正极部的下部通过连通部连通，负极部的上部和正极部的上部隔开的设置，负极设置于负极部的上部，正极设置于正极部的上部。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述的正极部高度高于负极部的高度，电解液填充的高度高于的负极部的高度，并充满于所述的负极部和联通部。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，电解液填充的高度还低于正极部的高度，以使正极部中电解液的液面上方形成空腔。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，正极部的顶部设置有进气口和排气口。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述的正极和负极具有多孔结构。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，还包括隔膜体，具有OH
‑
离子传导性能，所述的隔膜体配合设置于正极部的下部，并覆盖连通部与正极部的连通位置。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述的隔膜体为固体水滑石。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，碱金属盐包括碱金属氢氧化物。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，碱金属盐还包括碱金属硝酸盐、碱金属碳酸盐、碱金属
甲酸盐、碱金属醋酸盐中的一种或多种。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，碱金属盐非水系溶液的溶剂选自碳酸乙烯脂、二甲基亚砜、环丁砜中的一种或多种。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，还包括加热机构，加热机构与电池腔传热地设置。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述的电池腔外设置有保温层。
[0021]本专利技术的碱金属
‑
空气充电电池能够防止电池中的碱金属与氧和水接触，从而避免了具有活泼化学性质的碱金属产生上述接触后发生不必要的化学反应，从而威胁到电池的使用安全。
附图说明
[0022]图1是碱金属
‑
空气充电电池的一种结构示意图。
[0023]图中：1.负极，2.正极，3.隔膜体，4.电解液，110.负极部，120.连通部，130.正极部，131.进气口，132.排气口，133.进料口。
具体实施方式
[0024]碱金属
‑
空气充电电池的化学原理是已知的，其主要根据下述式I至式III进行分别在其电极位置进行充放电反应，式I至式III正向为放电反应，反向为充电反应：
[0025]负极反应：
[0026]正极反应：
[0027]反应总方程：
[0028]在上述反应中，M代表碱金属元素。
[0029]碱金属
‑
空气电池充电的过程中，分别会在负极和正极产生碱金属、水和氧气，碱金属与所形成的水和氧气都容易发生化学反应，从而造成电池的安全隐患。以钠和水接触为例，钠会在水中发生剧烈的反应，并生成氢氧化钠和氢气，其反应本身足以对电池造成危害，所产生的氢气属于易燃易爆气体，同样十分危险。
[0030]基于所存在的上述这些问题，本专利技术提供一种不同的电池内部结构来避免碱金属与水和氧气发生反应。其结构中包括电池腔，电池腔内填充有电解液，采用的电解液：
[0031]选自具有使水保持气态的工作温度，并且
[0032]是碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。
[0033]本申请中所述的电解液的“工作温度”，是指电解液在该温度下，能够稳定发挥其作为电解液本身之功用。
[0034]以下，仅为了叙述的简洁，将“碱金属
‑
空气充电电池”简称为“电池”。
[0035]上述电池在工作时，电解液能够使得位于正极的水分保持气态，从而防止其与碱金属盐形成水溶液，进而与负极形成的碱金属单质接触发生剧烈反应，造成电池的使用危险。
[0036]为了避免碱金属与水和氧气的接触，电池腔的一种具体结构中包括了负极部、连通部和正极部，负极部的下部和正极部的下部通过连通部连通，负极部的上部和正极部的上部隔开的设置，负极设置于负极部的上部，正极设置于正极部的上部。上述电池腔结构是
通过限制正极和负极反应发生的位置来避免碱金属与水和氧气发生接触和反应的，在充电的过程中，碱金属于电池腔负极部的上部生成，水和氧气则在正极部的上部生成，由于正极部和负极部在下部进行连通，而在上部相互隔开，碱金属生成后受限于负极部中，而水和氧气则受限与正极部中，进而有效的避免了两者发生接触和反应，保证了电池的安全。
[0037]所述的电池中还可进一步包括隔膜体。隔膜体在相关的化学电池实例中一般均被用于隔开正极与负极，以防止电池内部发生短路，其在电池腔中一般被设置于正极与负极之间。在该基础上，本申请的隔膜体选择范围限制于具有离子传导性能的隔膜体。可选用的隔膜体包括但不限于具有碱金属离子传导性能的相关石榴石型固态电解质、NASICON型固态电解质、β
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氧化铝固态电解质，具有OH
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离子传导性能的固体水滑石及其相关的已知改性材料。
[0038]进一步的，当采用具有OH
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离子传导性能的隔膜体时，隔膜体的一种具体设置方式为：隔膜体配合设置于正极部的下部，并覆盖连通部与正极部的连通位置。这种隔膜体可以在充放电时，使得OH
‑
离子能够自由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碱金属
‑
空气充电电池，其特征在于包括电池腔，电池腔内填充有电解液，采用的电解液：选自具有使水保持气态的工作温度，并且是碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。2.如权利要求1所述的碱金属
‑
空气充电电池，其特征在于电池腔包括：负极部、连通部和正极部，负极部的下部和正极部的下部通过连通部连通，负极部的上部和正极部的上部隔开的设置，负极设置于负极部的上部，正极设置于正极部的上部。3.如权利要求2所述的碱金属
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空气充电电池，其特征在于所述的正极部高度高于负极部的高度，电解液填充的高度高于的负极部的高度，并充满于所述的负极部和联通部。4.如权利要求3所述的碱金属
‑
空气充电电池，其特征在于电解液填充的高度还低于正极部的高度，以使正极部中电解液的液面上方形成空腔。5.如权利要求4所述的碱金属
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空气充电电池，其特征在于正极部的顶部设置有进气口和排气口。6.如权利要求2所述的碱金属
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空气充电电池，其特征在于所述的正极和负极具有多孔结构。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞周成，俞静宸，钱竞泽，俞麒峰，
申请(专利权)人：苏州云逸航空复合材料结构有限公司，
类型：发明
国别省市：