含有硅氧烷材料的金属-空气电池制造技术

金属-空气电池包括空气电极和紧邻于或被并入该空气电极内的硅氧烷材料。同时还公开了一种方法，该方法包括装配硅氧烷材料、装配转换层并复合挤压所述硅氧烷材料与所述转换层以形成硅氧烷膜。该硅氧烷膜可以用于金属-空气电池中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请基本涉及电池和电池组件的领域。更具体地,本申请涉及工艺、材料和结构/组成的用途，用以对金属-空气电池的内部化学反应和外部环境之间的相互作用进行管理。本申请中公开的想法还进一步应用于金属-空气燃料电池。
技术介绍
金属-空气电池包括负金属电极(例如，锌、铝、镁、铁、锂等)和具有对氧气反应有催化性能的多孔结构的正电极(通常被认为是用于所述电池的空气电极)。电解液用来保持所述两个电极之间的高离子电导率。对于碱性的金属-空气电池(即具有碱性电解液)，所述空气电极通常由薄的、多孔的并结合碳层的聚合物材料(例如，聚四氟乙烯)制成。为了防止电池短路，在阳极和阴极之间装配隔离件。在所述金属-空气电池放电过程中，来自大气中的氧气在空气电极中转化为氢氧根离子。在所述空气电极中的反应包括氧气还原、电子消耗和氢氧根离子的产生。所述氢氧根离子通过电解液向金属负电极迁移，负电极的金属在所述金属负电极发生氧化，形成氧化物并释放电子。在二次(即可再充电的)金属-空气电池中，充电过程是指在所述空气电极中氢氧根离子转化为氧气，释放电子。在所述金属电极中，金属氧化物或离子还原形成金属，同时消耗电子。金属-空气电池提供了巨大的能量储存效益。例如，金属-空气电池的储能密度是锂离子电池的数倍，而且使用地球上丰富和低成本的金属(例如，锌)作为储能介质。该技术相对安全(非可燃性的)并且环境友好(无毒且可以使用可再生材料)。由于该技术使用了在美国和其它地区均易获取的材料和方法，因此可以减轻对稀缺资源(如石油)的依赖性。金属-空气电池是部分开放系统，其中空气电极使用来自周围环境的氧气。关于这样的开放系统的一个挑战是环境条件(如湿度)和二氧化碳(CO2)的存在可能对所述电池造成影响，并且在这种情况下可能严重缩短所述电池的使用寿命。这样可能限制了可以使用常规金属-空气电池的可能的应用。已经观察到周围环境(例如，相对湿度小于45% )中相对低的湿度可能引起电解液不可预期地干掉。所述金属-空气电池的干掉造成欧姆电阻增大，并随之带来电池功率密度和效率的损失。而且，伴随相对长时间的暴露于干燥环境中，电解液可能完全干掉，从而造成不可挽回的电池损失。已经进一步观察到当周围环境中的湿度相对高(相对湿度高于45% )时，电极可能发生溢出。例如，在湿度相对高的情况下，水分将可能进入金属-空气电池中，造成电解液浓度下降并使体积增加。所述金属-空气电池的放电性能将因此下降，同时电解液可能发生泄漏。已经报道了 CO2的存在对金属-空气电池的性能和寿命造成的负面影响。已经提 出CO2可能造成空气电极孔洞结构的关闭，并且CO2也可能造成电导性的损失(例如通过用CO广代替0H_ (氢氧化物)离子)。虽然CO2可能从外部环境进入金属-空气电池中，但也已经提出CO2可能由所述金属-空气电池本身在其内部产生(例如，通过碳负载物的氧化)。为了处理关于对金属-空气电池和燃料电池单体不希望的环境条件的问题，其它技术方案已经建议使用外部系统(例如，风扇、阀门、增湿器、CO2洗涤器等)，以用来控制外部环境可能带来的影响。这样的方案的显而易见的缺点包括增加了成本和系统的复杂性、增大了尺寸(因此给出较低的有效能量密度)和这样的方案不可能适于在某些用途中使用的事实(例如，一个例子是不希望使用用于助听器电池的外部风扇)。
技术实现思路
对于提供处理一个或多个上述问题的改善的电池和该电池的结构/特征是有益处的。在金属-空气电池中装配用于管理所述电池中的内部化学反应和外部环境之间的相互作用的材料和结构也是有益处的。提供具有更长使用寿命的金属-空气电池也是有益处的。提供用于各种用途(包括但不限于大规模和小规模应用)的金属-空气电池同样是有益处的。在本申请中公开的该电池的其它优势特征对于那些阅读本公开文本的本领域技术人员将是显而易见的。附图说明图I是根据一个示例性的实施方案的纽扣电池单体形式的金属-空气电池的透视图；图2是沿着图I中示出的金属-空气电池的线2-2的剖视图；图3是类似于图I中示出的金属-空气电池的剖视图；图4是类似于图I中示出的金属-空气电池的剖视图；图5是类似于图I中示出的金属-空气电池的剖视图；图6是根据另一个示例性的实施方案的棱柱形电池单体形式的金属-空气电池的透视图；图7是沿着图6中示出的金属-空气电池的线7-7的剖视图；图8是沿着图7中示出的金属-空气电池的线8-8的详细剖视图；图9是根据一个示例性的实施方案的液流电池的部分分解透视图；图10-18是显示如本申请描述的多个实验的结果的曲线图，其意于显示在金属-空气电池中使用如硅氧烷的氧气选择材料的益处。具体实施例方式根据一个示例性的实施方案，将金属-空气电池或电池单体装配为显示当暴露于水蒸气(例如，相对湿度)和其周围环境的其它组成因素(例如，CO2)时的提高的稳定性和性能。将所述金属-空气电池配置为周围环境湿度低时基本保持水分、周围环境湿度高时阻止溢出以及在基本不牺牲这些好处的情况下，在低湿度环境和高湿度环境之间有效转换。同时也将所述金属-空气电池配置为减少可能由暴露于CO2导致的非预期的效果。根据一个示例性的实施方案，可以将一种或多种材料和结构/组件并入金属-空气电池中，用以在不放弃所述电池的高电流密度的情况下提供延长的使用寿命，从而使所述电池在广泛的用途中应用。 所述金属-空气电池可以具有任何预期的构型，包括但不限于硬币(coin)或纽扣电池单体(button cell)、棱柱形电池单体、圆柱形电池单体、椭圆形电池单体、液流电池单体等，或可以具有燃料电池单体的构型。进一步地，所述金属-空气电池可以是一次(一次性的、单次使用的)或二次(可再充电的)电池。参照图1-2，根据一个示例性的实施方案，图解了硬币或纽扣电池单体形式的金属-空气电池10。根据一个不例性的实施方案,所述电池10包括金属电极12、空气电极14、硅氧烷膜16形式的氧气选择膜(本申请中是指“硅氧烷膜”)、电解液18、隔离件20和显示为壳体22的闭合结构。根据一个示例性的实施方案，所述电池10是锌-空气电池。根据其它示例性的实施方案，所述电池10可以使用其它金属代替锌，包括但不限于铝、镁、铁、锂、镉和/或金属氢化物。金属氢化物材料的例子包括AB5或AB2型结构，其中ABx形式是指元素A和元素B的比例。对于AB5型，A可以是La、Ce、Pr和Nd的组合物，对于AB2型，A可以是Ti、Zr或Ti和Zr的组合物。对于上述这两种结构类型，B可以是Ni、Mn、Co、Al和Fe的组合物。进一步参照图2，根据一个示例性的实施方案，所述壳体22(例如，箱体、容器、套体等)显示为包括壳底23和壳盖24。使密封件25 (例如，模塑的尼龙密封垫片等)基本形成于或设置在壳底23(例如，开罐等)和壳盖24(例如，壳帽、壳套、顶罩等)之间，用以帮助保持壳底23和壳盖24的相对位置。密封件25也帮助防止非预期的接触(例如，导致短路)和/或泄露。所述壳盖24包括一个或多个开口 26(例如，孔洞、孔口、狭缝、通道等)，其位于基本与壳体22的第二部分28相对的第一部分27。所述金属电极12显不为在壳体22内位于或紧邻于第二部分28。所述空气电极14显示为位于或紧邻于第一部分27，并与金属电极12有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：特吕格弗·伯查特，若菲奥·阿尔格拉尼希盖蒂，卡特林·维耶·迪特·比勒，
申请(专利权)人：雷沃尔特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：