金属空气电池以及用于制造的方法技术

一种金属空气电池(100)，具有共同地形成电池壳体(110)的第一壳体件(111)和第二壳体件(112)。金属空气电池包括金属基阳极(120)和层状的空气阴极(130)和电解质。第一壳体件(111)具有至少一个空气通过开口(114)。在第一壳体件(111)与空气阴极(130)之间布置有层状的空气分配件(140)。在空气阴极(130)与金属基阳极(120)之间布置有层状的隔膜(150)。根据本发明专利技术，层状的空气分配件(140)构造成透气的，并且具有面对空气阴极(130)的第一侧面和远离空气阴极(130)的第二侧面，其中，层状的空气分配件(140)在侧面中的至少一个侧面上具有疏水的覆层。覆层。覆层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属空气电池以及用于制造的方法


[0001]本专利技术涉及一种金属空气电池、一种用于制造层式的空气分配件的方法、以及一种层式的空气分配件用于制造金属空气电池的应用。

技术介绍

[0002]金属空气电池通常包含金属基阳极和空气阴极作为电化学活性的组件，阳极和阴极通过隔膜在空间上相互分离，但同时通过可引导离子的电解质相互连接。隔膜通常被电解质浸润。在放电时，在吸收电子的情况下使在空气阴极处的氧气还原。产生氢氧离子，氢氧离子通过电解质向阳极移动。在阳极处，阳极所基于的金属在释放电子的情况下被氧化。所产生的金属离子与氢氧离子反应。
[0003]不仅存在一次金属空气电池而且存在二次金属空气电池。一次金属空气电池不可再次充电。二次金属空气电池可通过以下方式再次充电，即，在阳极和空气阴极之间施加电压并且反向进行所阐述的电化学反应。由此，释放氧气。
[0004]最著名的金属空气电池的示例是锌空气电池。该锌空气电池尤其是以纽扣电池的形式用作用于助听器的蓄能器电池。
[0005]金属空气电池具有非常高的能量密度，因为来自从环境中的空气氧气可以满足在空气阴极处对氧气的需求。相应地，在放电过程中必须将空气氧气输送给空气阴极。相反地，在二次金属空气电池的充电过程中，必须排出在空气阴极处产生的氧气。出于这些原因，金属空气电池通常具有设有相应的进入和离开开口的壳体。通常，作为进入和离开开口，在壳体中引入例如冲裁出孔。
[0006]在金属空气电池中，通常使用气体扩散电极作为空气阴极。气体扩散电极是这样的电极，即，在该电极中，参与电化学反应的物质(通常是催化剂、电解质和空气氧气)可以以固态、液态和气态形式同时存在并且可以相互接触。催化剂在放电时催化空气氧气的还原，并且必要时也在电池充电时催化氢氧离子的氧化。
[0007]尤其是，在以纽扣电池形式的金属空气电池中，常常使用塑料胶粘的气体扩散电极作为空气阴极。例如，在DE 37 22 019 Al中阐述了这种气体扩散电极。在这种电极中，塑料粘合剂(例如聚四氟乙烯，PTFE)形成多孔的基质，由电催化活性的材料(例如由贵金属，例如铂或钯，或由氧化锰)制成的颗粒嵌入该基质中。电催化活性的材料催化所述的空气氧气的转化。通常，通过将由粘合剂和催化剂组成的干物质混合物轧制成膜，制造这种电极。例如，可以将该干物质混合物轧入由银、镍或镀银的镍制成的网或拉伸网格中。这种金属网或拉伸网格形成在电极之内的放电结构并且用作电流放电器。
[0008]现在，如果在这种类型的空气阴极中还原氧气，则此时被释放的电子可以通过所述放电结构导出。优选地，该放电结构与用作电池极的壳体的部件直接且电接触。
[0009]用于氧气的所述(多个)进入和离开开口通常在金属空气电池的壳体的底部中引入，尤其是当金属空气电池为纽扣电池时。为了通过(多个)开口进入的氧气可以尽可能直接与空气阴极接触，在这种电池中的空气阴极通常面式地定位在壳体底部上，从而空气阴
极覆盖(多个)开口。常常规定，在空气阴极和壳体底部之间设置层式的空气分配件，例如多孔的滤纸。
[0010]GB 2109622 B阐述了一种以纽扣电池形式的锌空气电池。在空气阴极下方设置PTFE膜片，该PTFE膜片与空气阴极一起形成层压件。在该层压件和具有空气通过开口的壳体底部之间，设置有由滤纸制成的多孔的空气扩散盘，从而进入的空气分配在该面上，并且实现空气以分布在该面上的方式接近阴极。
[0011]从WO 01/93366 Al中已知相似结构的锌空气电池。在此，空气阴极也构造成具有PTFE膜片的层压件。在层压件的透气体的PTFE膜片和具有空气进入开口的壳体底部之间，设置空气分配层。
[0012]在金属空气电池中常见的问题是，尤其在高湿度条件下放电时可能出现，在放电期间或在放电之后，电池通过空气通过开口泄漏。其背后的原因是，烟火控制的电解质吸收来自环境空气中的气态水。空气湿度越高，电解质吸收的水越多。由于吸收水，在金属空气电池中的内压力升高，直至这样的点，即，在该点处空气阴极层压件的疏水的PTFE膜片不再能充分地排斥含水的电解质。其结果是，电解质被挤压穿过膜片。一旦电解质向壳体的底部处的空气通过开口的方向穿透PTFE膜片，则多孔的空气分配层，即例如空气分配纸吸满电解质，并且电池通过空气通过开口泄漏。
[0013]WO 2006/098718 Al阐述了一种金属空气电池，在其中，在具有疏水的膜片的空气阴极层压件和由多孔的材料例如由纸制成的空气分配层之间设置另一PTFE膜片。
[0014]WO 2008/051508 A2的对象是这样的金属空气电池，即，在其中同样设置具有层压的PTFE膜片的空气阴极。在壳体底部和空气阴极层压件之间设置空气分配层，该空气分配层可以由多孔的纸或纤维构成。在备选的实施方式中，空气分配层可以是透气的、疏水的PTFE膜片。

技术实现思路

[0015]但所述的现有技术中的方案不能以令人满意的方式解决金属空气电池可能泄漏的问题。因此，本专利技术的目的是，提供一种金属空气电池，在其中一方面可靠地避免了电解质泄漏，并且在其中另一方面给出金属空气电池的最优的功能性。此外，应提供一种成本适宜的解决方案，该解决方案例如也经济性地适合金属空气电池的批量生产。
[0016]为了实现该目的，本专利技术提出一种具有在权利要求1中所述的特征的金属空气电池。此外，该目的通过一种用于制造层状的空气分配件的方法以及该方法用于制造金属空气电池的应用实现。从从属权利要求中得到金属空气电池和用于制造层状的空气分配件的方法以及该方法用于制造金属空气电池的应用的优选的设计方案。
[0017]根据本专利技术的金属空气电池的突出之处首先在于以下特征a.至e.：
[0018]a.金属空气电池具有共同地形成电池壳体的第一壳体件和第二壳体件；以及
[0019]b.金属空气电池包括金属基阳极和层状的空气阴极和电解质；以及
[0020]c.第一壳体件具有至少一个空气通过开口；以及
[0021]d.在第一壳体件与空气阴极之间布置有层状的空气分配件；以及
[0022]e.在空气阴极与金属基阳极之间布置有层状的隔膜。
[0023]尤其是，该电池的突出之处在于以下特征f.和g.:
[0024]f.层状的空气分配件构造成透气的，并且具有面对空气阴极的第一侧面和远离空气阴极的第二侧面；以及
[0025]g.层状的空气分配件在侧面中的至少一个侧面上具有疏水的覆层。
[0026]通过这样的层状的空气分配件，即，该空气分配件一方面是透气的并且由此实现了进入的空气在金属空气电池的面积上的最优分布，并且另一方面该空气分配件具有防止电解质穿过的疏水的覆层，可以提供这样的金属空气电池，即，在该金属空气电池中，可靠地防止了电池泄漏，或者在极端条件下至少也可以长时间推迟这种泄漏。在此，疏水的覆层构造成，保证充分的透气性，从而可以为电池供给足够的空气氧气并且保持获得最优的功能性。通过这种疏水的覆层可靠地避免了空气分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属空气电池(100)，具有以下特征：a.所述金属空气电池具有共同地形成电池壳体(110)的第一壳体件(111)和第二壳体件(112)；以及b.所述金属空气电池包括金属基阳极(120)和层状的空气阴极(130)和电解质；以及c.所述第一壳体件(111)具有至少一个空气通过开口(114)；以及d.在所述第一壳体件(111)与所述空气阴极(130)之间布置有层状的空气分配件(140)；以及e.在所述空气阴极(130)与所述金属基阳极(120)之间布置有层状的隔膜(150)；其特征在于以下特征：f.所述层状的空气分配件(140)构造成透气的，并且具有面对空气阴极(130)的第一侧面和远离空气阴极(130)的第二侧面；以及g.所述层状的空气分配件(140)在所述侧面中的至少一个侧面上具有疏水的覆层。2.根据权利要求1所述的金属空气电池，具有以下附加特征：a.所述疏水的覆层是聚四氟乙烯覆层。3.根据权利要求1所述的金属空气电池，具有以下附加特征：a.所述疏水的覆层是烷基烯酮二聚体覆层。4.根据权利要求2或权利要求3所述的金属空气电池，具有以下附加特征中的至少一者：a.所述疏水的覆层是基于聚四氟乙烯的分散物进行涂覆的，尤其是基于聚四氟乙烯的水基的分散物进行涂覆的；b.所述疏水的覆层是基于聚四氟乙烯的分散物进行涂覆的，尤其是基于聚四氟乙烯在含水的分散剂中的分散物进行涂覆的，其中，聚四氟乙烯在分散物中的固体份额按重量计算在5至75％的范围内，优选地按重量计算在15至60％的范围内，尤其优选地按重量计算在30
±
2％的范围内；c.所述疏水的覆层是基于至少一种烷基烯酮二聚体的溶液或分散物进行涂覆的；d.所述疏水的覆层是基于至少一种烷基烯酮二聚体的分散物进行涂覆的，尤其是基于至少一种烷基烯酮二聚体在含水的分散剂中的分散物进行涂覆的，其中，所述至少一种烷基烯酮二聚体在分散物中的固体份额优选地按重量计算在0.01至8.0％的范围内，优选地按重量计算在0.08至3.0％的范围内，尤其优选地按重量计算在0.1至1.0％的范围内。5.根据上述权利要求中任一项所述的金属空气电池，具有以下附加特征：a.所述层状的空气分配件(140)包括透气的基质，所述透气的基质由亲水的材料构成。6.根据权利要求5所述的金属空气电池，具有以下附加特征中的至少一者：a.所述透气的基质是纤维无纺布；b.所述透气的基质由纤维混合物构成，其中优选地，所述纤维混合物包括由聚乙烯醇制成的纤维，尤其是所述纤维的份额为按重量计算至少50％；c.在未被涂覆的状态中，所述透气的基质具有在20至30g/m2的范围内的单位面积重量，优选地在24至26g/m2的范围内的单位面积重量；d.在未被涂覆的状态中，所述透气的基质具有在20000至40000cm3/cm2*min的范围内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：U，
申请(专利权)人：瓦尔达微电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：