具有可抽取空氣電極的電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有外殼(11)的可充電電池(1)，所述外殼內(nèi)包括：空氣電極(22)、負(fù)電極(3)和電解質(zhì)(4)，其中所述空氣電極(22)可以從外殼中抽取出。所述可充電電池還涉及用于空氣電極電池的陰極腔室(2)。所述腔室包括空氣電極，以及能夠插入所述電池的外殼中，而不是作為外殼的一部分存在。所述腔室是可以拆裝移動(dòng)的。
【專利說明】
具有可抽取空氣電極的電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及包括空氣電極的電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及包括外殼及其外殼內(nèi)的空 氣電極、液體電解質(zhì)和負(fù)電極的電池。該負(fù)電極可W是金屬電極。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬-空氣電池屬于含有空氣電極并且采用諸如W鋒、鐵或裡為基礎(chǔ)的金屬負(fù)電 極、與空氣電極成對(duì)禪合的電池。放電時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：
[0003] M^M^+n ? 負(fù)電極(金屬電極）
[0004] 〇2+2 ?也0+4 ? e-一4 ? OH-正電極（空氣電極）。
[0005] 因此，氧氣在空氣電極減少并且使負(fù)電極的金屬氧化。通常使用堿性電解質(zhì)溶液。
[0006] 運(yùn)些金屬-空氣電池可具有多種用途，例如，鋒-空氣電池可銷售用于聽覺假體。
[0007] 幾十年來已經(jīng)做了大量研究來開發(fā)和優(yōu)化空氣電極，使之有可能產(chǎn)生金屬-空氣 型的電化學(xué)發(fā)生器，眾所周知，運(yùn)類電化學(xué)發(fā)生器可具有很高的能量密度并能夠達(dá)到數(shù)百 瓦小時(shí)/千克(WhAg)。
[000引空氣電極還可用于堿性燃料電池。
[0009] 空氣電極有可能使之利用隨地、隨時(shí)、不限量可使用的大氣作為電化學(xué)反應(yīng)的氧 化劑。
[0010] 空氣電極是與液體電解質(zhì)相接觸的多孔固體結(jié)構(gòu)，而液體電解質(zhì)通常為堿性溶 液?？諝怆姌O與液體電解質(zhì)之間的界面被稱之為"立重接觸"界面，電極的活性固體材料、氣 態(tài)氧化劑(空氣）W及液體電解質(zhì)會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在該界面。
[0011] 關(guān)于鋒-空氣電池的不同類型空氣電極的描述可見由V.化burcMloV等人撰寫的 文章，例如，詳見發(fā)表于《電源雜志》195(2010)第1271至1291頁中名為《關(guān)于鋒-空氣燃料電 池空氣陰極的綜述》（"A review on air cathodes for zinc-air fuel cells" ： Journal of Power Sources,195(2010),pages 1271 to 1291)〇
[0012] 在金屬-空氣電池需要充電的情況下，電流的方向相反并發(fā)生下列反應(yīng)：
[OOU] r++n ? e-一M負(fù)電極(金屬電極）
[0014] 4 ? OH-一〇2巧?也0+4 ? e-正電極（空氣電極）
[0015] 于是，在正電極處產(chǎn)生氧并且通過還原將金屬重新沉積在負(fù)電極。
[0016] 盡管運(yùn)些電池在放電階段的運(yùn)行沒有重大問題，但是在充電階段不穩(wěn)定;金屬-空 氣電池在充電階段的弱點(diǎn)是空氣電極，所述空氣電極的設(shè)計(jì)不能用于反向（也就是在氧化 作用下）的使用。
[0017] 實(shí)際上，空氣電極為多孔結(jié)構(gòu)并W容積式電極的形式運(yùn)行，電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生于電 極的體積內(nèi)在氣體(來自空氣的氧氣）、液體（電解質(zhì)）和固體（電極的活性材料W及可選擇 性的催化劑)之間的界面:運(yùn)便是=重接觸。該多孔結(jié)構(gòu)十分重要，因?yàn)樗峁┧匦璧?較大反應(yīng)表面積，從而提供較高的電流密度，因?yàn)闅鈶B(tài)氧的密度比液體低。例如，空氣中氧 的摩爾密度約等于0.03mol/L，而水的密度為55mol/L。
[0018] 因此，空氣電極通常是由表面積較高的碳顆粒制成的，比如卡博特公司市場(chǎng)銷售 的Vulcan" XC72。在將碳結(jié)合到空氣電極之前，通過與比如C〇2運(yùn)樣的氣體反應(yīng)就能進(jìn)一步 增加碳的表面積。然后，采用比如由杜邦公司市場(chǎng)銷售的氣化乙締丙締共聚物(FEP)運(yùn)樣的 疏水性氣化高聚物，使碳顆粒凝聚，W便形成空氣電極。文件W02000/036677描述了適用于 金屬-空氣電池的運(yùn)類電極。
[0019] 在充電階段，正電極的反向氧化反應(yīng)不需要運(yùn)個(gè)較大的反應(yīng)表面積，因?yàn)榛钚圆?料的濃度高得多。反之，空氣電極的多孔結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是易碎:發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將氣態(tài)氧用于液 體電解質(zhì)的氧化反應(yīng)進(jìn)行氧化時(shí)，空氣電極的多孔結(jié)構(gòu)會(huì)因釋放氣態(tài)氧而受到物理上的破 壞。實(shí)際上，通過產(chǎn)生氣態(tài)氧在空氣電極內(nèi)所生產(chǎn)的液壓就足W引起構(gòu)成空氣電極的碳顆 粒之間鍵的破壞。
[0020] 發(fā)明人還注意到:加入空氣電極W提高諸如儘或鉆氧化物之類氧還原反應(yīng)的能量 產(chǎn)出的催化劑對(duì)于氧還原所需的電位是不穩(wěn)定的。此外，在有氧存在的情況下，碳的氧化會(huì) 發(fā)生腐蝕并且在高電位下會(huì)進(jìn)一步加劇腐蝕。
[0021] 為了克服運(yùn)一缺點(diǎn)，某些作者在雙效電極中采用更耐腐蝕的氧還原催化劑外加釋 氧催化劑，所述雙效電極有兩個(gè)電禪合層構(gòu)成(例如專利1155,306,579)。不幸的是，運(yùn)些雙 效電極的壽命較短且循環(huán)的次數(shù)有限，因?yàn)檫\(yùn)些電極的結(jié)構(gòu)難W抵御長(zhǎng)期所產(chǎn)生的氣體釋 放，W及因?yàn)榇呋瘎┰诔潆娖陂g所施加的電位下不穩(wěn)定且會(huì)使碳產(chǎn)生腐蝕。
[0022] 運(yùn)些空氣電極在充電階段的退化會(huì)大大地縮短其壽命并且已經(jīng)成為阻礙可充電 型的金屬-空氣蓄電池的商業(yè)性開發(fā)的主要原因之一。
[0023] 因此，空氣電極的使用壽命比W放電模式和充電模式交替使用的電池的金屬電極 使用壽命要短。那么，在金屬電極仍然可用的情況下，丟棄電池是一種浪費(fèi)。
[0024] -般來說，對(duì)于任何含有空氣電極的電池通常都會(huì)發(fā)現(xiàn)存在著空氣電極在充電期 間氣體釋放的相關(guān)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025] 因此，本發(fā)明的目的之一是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的至少一項(xiàng)缺點(diǎn)。
[0026] 為此，本發(fā)明提出一種陰極腔室適用于具有空氣電極的電池的陰極腔室，其包括 空氣電極并適合W可抽取的方式插入電池外殼中?？諝怆姌O的形式為平板型，而且陰極腔 室是液體密封的。陰極腔室還包括電氣連接和中空套筒，其中，所述電氣連接用于將空氣電 極與電池的正極端子相連接，所述中空套筒具有進(jìn)氣口和出氣口且由空氣電極至少部分形 成至少一個(gè)平面。
[0027] 于是，空氣電極是在可抽取陰極腔室內(nèi)組成的。因此，就有可能在空氣電極使用壽 命將盡時(shí)W簡(jiǎn)單的方式繼續(xù)使用負(fù)電極，尤其是金屬-空氣電池的金屬電極。實(shí)際上，就無 需為了取出空氣電極而拆卸電池組件。
[0028] 陰極腔室的其它可選和非限制性特征如下。
[0029] 作為一個(gè)變體，陰極腔室還包括在其表面上的邊緣，所述表面至少一部分是由套 筒的空氣電極所構(gòu)成，從而限制負(fù)電極的壓縮，尤其在負(fù)電極由金屬制成的情況下更是如 此。
[0030] 陰極腔室還有利地包括附加空氣電極，其形式為至少部分地形成中空套筒的另一 個(gè)表面的平板，另一個(gè)表面與至少部分由空氣電極所形成的表面相對(duì)。
[0031] 陰極腔室有利地包括設(shè)置在套筒內(nèi)的蜂窩狀機(jī)械加固件且與空氣電極鄰接。
[0032] 陰極腔室可具有下部和上部，下部包括可包括多個(gè)空氣電極，上部至少具有一個(gè) 截面低于下部截面。
[0033] 本發(fā)明還提出一種可充電的電池，包括外殼W及外殼內(nèi)的：
[0034] 空氣電極；
[00對(duì)負(fù)電極;和，
[0036]電解質(zhì)；及，
[0037] 其中，空氣電極可W從外殼中抽取和將其插入上述腔室內(nèi)。
[0038] 因此，當(dāng)空氣電極的使用壽命將盡時(shí)，就可很容易更換空氣電極。
[0039] 電池的其它可選和非限制性特征如下。
[0040] 在運(yùn)種情況下，負(fù)電極是金屬電極，電解質(zhì)是液體電解質(zhì)；陰極腔室可W在外殼內(nèi) 移動(dòng)。電池因此還包括位于空氣電極與金屬電極之間的電絕緣隔板和柔性元件。電絕緣隔 板、陰極腔室和金屬電極的設(shè)置使得柔性元件對(duì)陰極腔室起作用，W便陰極腔室通過其至 少部分由空氣電極所形成的表面壓縮金屬電極。該柔性元件可W是電池外殼或者是依靠著 外殼壁所設(shè)置的壓縮系統(tǒng)。
[0041] 有利的是，電池包括第二空氣電極，其納入上述第二可抽取式移動(dòng)陰極腔室，W及 第二電絕緣隔板，設(shè)置于第二空氣電極與金屬電極之間。兩個(gè)陰極腔室和金屬電極的設(shè)置 使得金屬電極通過至少部分由空氣電極所形成的陰極腔室表面壓縮在兩個(gè)陰極腔室之間。
[0042] 電池還可W包括第二正電極，用于為電池充電。在運(yùn)種情況下，第二正電極有利地 設(shè)置在陰極腔室與負(fù)電極之間。電池還包括至少一個(gè)隔板，放置所述隔板與第二正電極相 接觸，從而有助于去除在充電期間在第二正電極上所產(chǎn)生的氧氣氣泡。作為一個(gè)變體，可W 設(shè)置兩個(gè)隔板，在正電極的各側(cè)均設(shè)置一個(gè)。因此，可W將隔板設(shè)置成使其依靠在分別轉(zhuǎn)向 負(fù)電極和空氣電極的第二正電極的表面。在運(yùn)種情況下，電池還包括至少一個(gè)機(jī)械保護(hù)，分 別設(shè)置在隔板與負(fù)電極和空氣電極之間，W便針對(duì)隔板對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。
【附圖說明】
[0043] 其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過下文描述，參考作為實(shí)例且非限制性所列出的附圖 而更為清晰，附圖包括：
[0044] 圖IW圖解的方式顯示了在根據(jù)本發(fā)明的電池中所采用的陰極腔室；
[0045] 圖2W圖解的方式顯示了圖1所示包括一個(gè)空氣電極和一個(gè)蜂窩狀機(jī)械加固件的 陰極腔室的橫截面；
[0046] 圖3W圖解的方式顯示了圖1所示包括兩個(gè)空氣電極和一個(gè)蜂窩狀機(jī)械加固件的 陰極腔室的橫截面；
[0047] 圖4W圖解的方式顯示了圖1所示包括一個(gè)空氣電極、一個(gè)蜂窩狀機(jī)械加固件W及 具有邊緣的套筒的陰極腔室的橫截面；
[004引圖5W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，其包括一個(gè)外殼、一個(gè) 金屬電極、如圖2所示的兩個(gè)陰極腔室和兩個(gè)電絕緣隔板；
[0049]圖6W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)外殼、一個(gè)金 屬電極、如圖4所示的兩個(gè)陰極腔室和兩個(gè)電絕緣隔板；
[0050] 圖7W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)外殼、兩個(gè)金 屬電極、如圖2所示的兩個(gè)陰極腔室、如圖3所示的一個(gè)陰極腔室和四個(gè)電絕緣隔板；
[0051] 圖8W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)外殼、兩個(gè)金 屬電極、如圖2所示的兩個(gè)陰極腔室、如圖3所示的一個(gè)陰極腔室、四個(gè)電絕緣隔板和一個(gè)壓 縮系統(tǒng)；
[0052] 圖9W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)外殼、一個(gè)金 屬電極、如圖2所示的兩個(gè)陰極腔室、兩個(gè)第二正電極和四個(gè)電絕緣隔板；
[0053] 圖IOW圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池的一個(gè)實(shí)施例，包括一個(gè)外殼、一個(gè) 金屬電極、如圖2所示的兩個(gè)陰極腔室、兩個(gè)第二正電極、四個(gè)機(jī)械保護(hù)和四個(gè)襯墊；
[0054] 圖11W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電池，其中，陰極腔室呈現(xiàn)出上部和 下部，上部的橫截面隨著與下部距離的增加而減少;及，
[0055] 圖12W圖解的方式顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電池，其中，陰極腔室具有上部和下 部，其兩者均為矩形的，上部的橫截面小于下部的橫截面，因此在運(yùn)兩者之間的界面上形成 一個(gè)臺(tái)肩。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面參考圖1至圖12對(duì)根據(jù)本發(fā)明的具有空氣電極的電池進(jìn)行說明。一般地講， "電池"一詞在此用于表示能夠W化學(xué)形態(tài)儲(chǔ)存能量并且將其恢復(fù)為電氣形式的任何電氣 元件。因此，該詞同樣涵蓋了 "電池"、"燃料電池"、"可再生燃料電池"和"蓄電池"等術(shù)語。
[0057] 運(yùn)種電池1包括外殼11，W及在外殼內(nèi)的可抽取空氣電極22、負(fù)電極3和電解質(zhì)4。
[0058] 因此，可W從外殼11卸掉空氣電極22,例如，可通過滑動(dòng)來卸掉空氣電極，W便可 在其使用壽命將盡時(shí)或者例如因?yàn)閳F(tuán)聚碳顆粒的結(jié)構(gòu)被過度損壞而退化時(shí)將其更換?？諝?電極22還可W在外殼11內(nèi)移動(dòng)，尤其是允許壓縮負(fù)電極3,下文將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0059] 空氣電極22最好是由能夠傳導(dǎo)電子的多孔材料所制成。該多孔材料是例如炭黑化 合物、基于鉆或儘氧化物的催化劑、諸如HFP(六氣丙締)或PTFE(聚四氣乙締)之類的疏水性 粘合劑W及諸如儀網(wǎng)形式的集流器?？蒞將陰離子導(dǎo)電聚合物加入專利WO 2010/128242 Al所述的電極中，尤其是在電解質(zhì)為含水電解質(zhì)的情況下。該聚合物的功能是防止含水電 解質(zhì)被空氣中所含的C〇2碳化。疏水性粘合劑具有雙重功能:通過粉末產(chǎn)生機(jī)械一體化de多 孔結(jié)構(gòu)，通過碳顆粒之間的接觸來確保所述粉末的電子滲透;疏水性足夠強(qiáng)，W便在電解質(zhì) 為液體的情況下防止電解質(zhì)滲透穿過電極。
[0060] 在金屬-空氣電池的情況下，負(fù)電極3可W是金屬電極。金屬電極的材料最好是鋒、 鐵或裡。在運(yùn)種情況下，電解質(zhì)為液體電解質(zhì)。
[0061] 電池1還可W包括陰極腔室2,所述陰極腔室包括中空套筒21W及電氣連線23,所 述電氣連線用于將空氣電極22與電池1正極端子相連接(見圖1至圖4)。陰極腔室2適合W可 抽取的方式插入電池的外殼11中。陰極腔室2最好為液體密封的，例如，對(duì)于電池1的液體電 解質(zhì)4液體密封，尤其是在將陰極腔室2用于壓縮負(fù)電極3的情況下，如下文所述。
[0062] 套筒21因此具有空氣可在其中循環(huán)的空腔。套筒21還具有進(jìn)氣口 24和出氣口 25， W便空氣在套筒21中循環(huán)，并且與空氣電極22相接觸。用于填充套筒21的空氣可W是未經(jīng) 處理的，或者是經(jīng)過處理的，例如，被加濕、干燥、去除碳酸(去除C〇2)或使其富含氧。
[0063] 空氣電極22W至少部分地形成套筒21的一個(gè)表面的平板的形式W及W密封的方 式容納在陰極腔室2中。套筒21可為圓柱形，其至少一個(gè)平面的一部分是由空氣電極22所構(gòu) 成的。在運(yùn)種情況下，可W通過垂直于圓柱的邊屯、距來滑動(dòng)抽取套筒21。
[0064] 因此，可W通過簡(jiǎn)單地卸掉陰極腔室2,而輕易地更換可抽取空氣電極22。
[0065] 作為一個(gè)變體，可W在陰極腔室2內(nèi)設(shè)置附加空氣電極27。該附加第二空氣電極27 至少部分地形成套筒21的第二表面，所述第二表面與由第一空氣電極22部分所形成的表面 相對(duì)(見圖3)。在運(yùn)種情況下，套筒21最好為具有兩個(gè)平行平面的圓柱形。
[0066] 陰極腔室2還可W包括在套筒21內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加固的蜂窩狀機(jī)械加固件26。該機(jī)械 加固件26鄰接空氣電極22。
[0067] 該機(jī)械加固件26特別有利于如果負(fù)電極3是平板型的金屬電極且陰極腔室2和金 屬電極3的設(shè)置使得陰極腔室2通過其部分由空氣電極22所形成的表面來壓縮金屬電極3， 例如依靠在外殼11壁上，W便在壓縮金屬電極3時(shí)可防止空氣電極22變形。
[0068] 在運(yùn)個(gè)實(shí)施例中，電池1包括電絕緣隔板5,所述電絕緣隔板用于使空氣電極22與 金屬電極3相絕緣并設(shè)置在運(yùn)兩者之間。電絕緣隔板5是由電絕緣并且離子導(dǎo)電（例如，聚合 電解質(zhì)，即包括帶電基團(tuán)的聚合物）的材料所制成的元件。作為一個(gè)變體，還可W由能透過 液體電解質(zhì)的電絕緣材料制成，例如毛拉?？蒞規(guī)定將電絕緣隔板5連接著空氣電極22和/ 或負(fù)電極3。此外，電池1包括柔性元件，所述柔性元件作用于陰極腔室2, W便通過電絕緣隔 板5將其依靠在負(fù)電極3上。
[0069] 由于下列原因，壓縮金屬電極3是有利的。因?yàn)?，在金?空氣電池的充電階段，在 負(fù)電極的電位允許的情況下，金屬離子在負(fù)電極可還原為沉積在負(fù)電極的金屬。那么，在某 些條件下，金屬W附著較差的在金屬電極表面的泡沫形式沉積。運(yùn)種附著性較差的泡沫與 電極分離，導(dǎo)致活性材料減少并因此降低電池的性能。發(fā)明人注意到:可在充電階段壓縮金 屬電極來限制運(yùn)種附著性較差的泡沫的形成。而且，如此壓縮還通過確保金屬沉積在金屬 電極上一致、均勻、濃密的分布，W防止金屬電極在反復(fù)充電和放電過程中變形。
[0070] 柔性元件可W通過電池11外殼來形成。用力將放置在外殼11內(nèi)的元件插入其中。 還可W壓縮系統(tǒng)6的形式來制造柔性元件。設(shè)置該壓縮系統(tǒng)6使其依靠在外殼11壁和電池1 的另一個(gè)元件上，例如，另一個(gè)元件為陰極腔室2或金屬電極3。一旦陰極腔室2和金屬電極3 處于適當(dāng)位置，并將其插入之后，壓縮系統(tǒng)6便能夠確保壓縮金屬電極3。有利的是，由柔性 材料來制造壓縮系統(tǒng)6,例如，柔性材料為軟泡沫。例如，軟泡沫的一個(gè)實(shí)例為聚氯下二締泡 沫(也被稱為Neop隨雌液），最好為B站at紙夠;旗下銷售的氯下橡膠泡沫，尤其是Hutchinson 公司的Bulatex C166。運(yùn)種泡沫的另一個(gè)實(shí)例為Sylo風(fēng)既敏G產(chǎn)品，由Plastiform公司銷售 的一種聚氨醋泡沫。泡沫最好是封閉的多孔泡沫并且與液體電解質(zhì)相隔離。因此，最好將其 放在液體密封團(tuán)的包裝袋中并且穩(wěn)定地與液體電解質(zhì)相接觸。例如，可熱封擠出聚乙締包 裝袋。
[0071] 可W規(guī)定壓縮系統(tǒng)6為可抽取型，使之有可能在將其撤掉之后可更輕易地拆掉陰 極腔室2。
[0072] 電池1可包括兩個(gè)上述陰極腔室2。在包括作為負(fù)電極3的金屬電極的電池1的外殼 中，可將平板型的金屬電極3壓縮在至少由陰極腔室2的空氣電極22部分所構(gòu)成的表面之 間。電絕緣隔板5將金屬電極3與空氣電極22電絕緣。
[0073] 作為另一個(gè)變體，陰極腔室2可包括上述兩個(gè)空氣電極22、27W及電池1，分別設(shè)置 在陰極腔室2兩側(cè)，W及選擇性地設(shè)置在金屬電極的外殼中的平板型的兩個(gè)負(fù)電極3分別依 靠在至少部分由空氣電極22、27所形成的表面上。在后面運(yùn)種情況下，陰極腔室2可同時(shí)W 上述相同方式來壓縮兩個(gè)金屬電極3。
[0074] 當(dāng)負(fù)電極3為金屬電極的情況下，陰極腔室2的套筒21可有利地包括位于其至少部 分地由空氣電極22所構(gòu)成的表面上的一個(gè)邊緣28,從而限制金屬電極3的壓縮。
[0075] 當(dāng)將金屬電極3壓縮在陰極腔室2與外殼11壁之間的外殼中，則陰極腔室2朝外殼 11壁的方向壓縮金屬電極3,直到邊緣28與外殼壁相接觸。
[0076] 在將金屬電極3壓縮在兩個(gè)陰極腔室2之間的外殼中，則或者兩個(gè)陰極腔室2之中 一個(gè)具有一條邊緣28或者兩個(gè)陰極腔室2都具有一條邊緣28。在第一種情況下，邊緣28則與 沒有邊緣的另一個(gè)陰極腔室2的套筒21的表面相接觸，正如上文針對(duì)邊緣28與外殼壁所述 的那樣。在第二種情況下，邊緣28設(shè)置在套筒21表面上，W便彼此相對(duì)，從而使得兩個(gè)陰極 腔室2壓縮金屬電極3,直到兩條邊緣28彼此相接觸。
[0077] 在陰極腔室2包括兩個(gè)至少部分形成套筒21的相對(duì)表面的空氣電極22的外殼中， 它可包括位于一個(gè)表面而不位于另一個(gè)表面的一個(gè)邊緣28,或者位于兩個(gè)表面的邊緣28。 邊緣按照與上述的相同方式起作用。
[0078] 陰極腔室2可包括下部2inf和上部2sup，下部2inf包括空氣電極22。上部2sup具有至少 一個(gè)垂直于低于下部2inf的空氣電極的平面的截面。因此，在陰極腔室2上部2sup，在電池1外 殼11內(nèi)提供更廣闊的空間，W便收集液體電解質(zhì)4。運(yùn)樣同時(shí)能夠形成電池1更緊湊的款式。 同樣，由陰極腔室2的上部2SUP和下部2inf的橫截面差異所產(chǎn)生的額外體積有可能避免在充 電階段由于氣態(tài)氧釋放在電池內(nèi)所產(chǎn)生的氣泡，運(yùn)樣會(huì)使電解質(zhì)水平面上升，因此使電解 質(zhì)4上升太高并溢出。
[0079] 例如，下部2inf為矩形，上部2sup為梯形，換言之，上部的邊緣為斜裁邊，W便上部 2sup的橫截面隨著與下部2inf之間距離的增加而縮小。因此，上部2sup的橫截面可保持不變 (見圖11)。
[0080] 在另一個(gè)實(shí)例中，下部2inf和上部2sup為矩形，在運(yùn)兩部分2inf、2sup之間的界面形成 一個(gè)臺(tái)肩(見圖12)。
[0081] 電池1還可W包括第二正電極7,用于為電池1充電（見圖9)。該第二正電極7最好設(shè) 置在負(fù)電極3與空氣電極2之間。例如，可將液體電解質(zhì)可滲透的毛拉型的電絕緣隔板5用于 空氣電極22與該第二正電極7之間，W及/或者負(fù)電極3與第二正電極7之間。
[0082] 第二正電極7還可W連接著陰極腔室2的套筒21，從而方便插入或卸除空氣電極 22,因?yàn)椴辉傩枰⒁庀鄬?duì)于第二正電極7插入陰極腔室2的位置。
[0083] 第二正電極7提供在電池1充電階段對(duì)空氣電極22的保護(hù)。實(shí)際上，在電池1充電階 段，空氣電極22與正極端子相斷開且第二正電極7與其相連接。因此，在充電階段，并未使用 空氣電極22,由第二正電極7來代替它?？蒞決定開始充電時(shí)的同時(shí)使用空氣電極22與第二 正電極7，^及在充電電壓大于給定值時(shí)僅使用第二正電極7。例如，在文件胖02012/156639 中列出了關(guān)于使用第二正電極7的更詳細(xì)的信息。
[0084] 可W放置襯墊8,使之與第二正電極7相接觸，從而使第二正電極7與電池的其它元 件之間有一定距離，W便于消除充電期間在第二正電極7所產(chǎn)生的氧氣氣泡。例如，襯墊8設(shè) 置在第二正電極7與負(fù)電極3之間W及/或者第二正電極7與空氣電極22之間。在電解質(zhì)為液 體的情況下，電解質(zhì)可滲透該襯墊8。例如，該襯墊8可W是塑料板柵。可W通過襯墊8在金屬 電極上施加壓縮壓力。作為一個(gè)變體，可W規(guī)定兩個(gè)襯墊8分別設(shè)置在正電極7每一側(cè)。
[0085] 在運(yùn)種情況下，可W在襯墊8與金屬電極3或空氣電極22之間設(shè)置液體電解質(zhì)可滲 透的機(jī)械保護(hù)9,例如毛拉，從而保護(hù)金屬電極3或者襯墊的空氣電極22。
[0086] 通常，根據(jù)需要調(diào)整可能的陰極腔室2數(shù)量與金屬電極3數(shù)量。強(qiáng)制的唯一限制是 每個(gè)空氣電極2偶接著金屬電極3,在運(yùn)兩者之間設(shè)置一個(gè)電絕緣隔板5。下文描述了說明性 實(shí)施例，運(yùn)些說明性實(shí)施例可W結(jié)合在一起。盡管運(yùn)些例證指定是金屬-空氣電池，下述段 落很容易適應(yīng)包括空氣電極的其它類型的電池。
[0087] 在第一個(gè)實(shí)施例（圖5)中，電池1包括兩個(gè)陰極腔室2,各自分別具有構(gòu)成套筒21表 面一部分的一個(gè)單獨(dú)的空氣電極22和一個(gè)機(jī)械加固件26。電池1還包括金屬電極3。該金屬 電極3設(shè)置在兩個(gè)陰極腔室2之間，從而壓縮在運(yùn)兩者之間。
[0088] 在第二實(shí)施例（圖6)中，除了每個(gè)陰極腔室2包括一個(gè)邊緣28外，電池1與第一個(gè)實(shí) 施例的電池相同。運(yùn)些邊緣28面對(duì)彼此設(shè)置。
[0089] 在第=個(gè)實(shí)施例（圖7)中，電池1包括兩個(gè)陰極腔室2,各自分別具有至少構(gòu)成套筒 21表面一部分的一個(gè)單獨(dú)的空氣電極22W及一個(gè)機(jī)械加固件26、電池1還包括陰極腔室2， 具有形成套筒21的兩個(gè)相對(duì)表面至少一部分所形成的兩個(gè)空氣電極22。電池1還包括兩個(gè) 金屬電極3和四塊電絕緣隔板5。陰極腔室2、金屬電極3和電絕緣隔板5按照下列順序設(shè)置： 具有一個(gè)單獨(dú)的空氣電極的第一陰極腔室依靠在外殼的第一壁上;第一電絕緣隔板、第一 金屬電極、第二電絕緣隔板、具有兩個(gè)空氣電極的陰極腔室、第=電絕緣隔板、第二金屬電 極、第四電絕緣隔板W及最后具有一個(gè)單獨(dú)的空氣電極的第二陰極腔室依靠在與第一壁相 對(duì)的外殼第二壁上。
[0090] 在第四個(gè)實(shí)施例（圖8)中，除了電池1還包括在第二陰極腔室2之后設(shè)置在第二陰 極腔室2與外殼11第二壁之間的一個(gè)壓縮系統(tǒng)6外，電池1與第S個(gè)實(shí)施例相同。
[0091] 在第五個(gè)實(shí)施例（圖9)中，除了電池1還包括兩個(gè)第二正電極7外，電池1與第一個(gè) 實(shí)施例相同。電池的元件設(shè)置在外殼內(nèi)，W便其按照下列順序排列:具有空氣電極的第一陰 極腔室2、第一電絕緣隔板5、第一個(gè)第二正電極7、第二電絕緣隔板5、金屬電極3、第=電絕 緣隔板5、第二個(gè)第二正電極7、第四電絕緣隔板5W及具有空氣電極的第二陰極腔室2。
[0092] 在第六個(gè)實(shí)施例（圖10)中，除了由分別包括襯墊8和機(jī)械保護(hù)9的組件來代替電絕 緣隔板外，電池1與第五個(gè)實(shí)施例相似，襯墊8依靠著第二正電極7設(shè)置，機(jī)械保護(hù)9依靠著金 屬電極3或空氣電極22設(shè)置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 適用于空氣電極電池的陰極腔室（2)，包括空氣電極且適合以可抽取的方式插入電 池外殼中，其中，空氣電極的形式為平板型，而且其中，陰極腔室(2)是液體密封的，并且還 包括電氣連線(23)和中空套筒(21)，所述電氣連線用于將空氣電極與電池的正極端子相連 接，所述中空套筒具有進(jìn)氣口（24)和出氣口（25)，并由空氣電極(22)至少部分形成至少一 個(gè)平面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極腔室（2)，還包括在其表面的邊緣(28)，所述表面至少一 部分是由套筒(21)的空氣電極(22)所形成的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陰極腔室(2)，還包括附加空氣電極(27)，其形式為至少部 分形成中空套筒(21)的另一個(gè)表面的平板，另一個(gè)表面與至少部分由空氣電極(22)所形成 的表面相對(duì)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的陰極腔室(2)，還包括蜂窩狀機(jī)械加固件(26)，其 設(shè)置在套筒(21)內(nèi)且依靠在空氣電極(22)上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的陰極腔室(2)，具有下部(2INF)和上部(2SUP)，下部 (2 INF)包括一個(gè)(或多個(gè))空氣電極(22、27)，上部（251![〇具有垂直于在下部截面以下的空氣 電極的平面的至少一個(gè)截面。6. 可充電電池（1)包括外殼（11)以及在外殼內(nèi)的： -空氣電極(22); -負(fù)電極(3);和， _電解質(zhì)； 其中，所述空氣電極(22)可以從外殼中抽取和將其插入根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所 述的陰極腔室(2)內(nèi)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池（1)，其中，所述負(fù)電極是金屬電極，電解質(zhì)是液體電解 質(zhì)，并還包括設(shè)置于空氣電極(22)與金屬電極(3)之間的電絕緣隔板(5)和柔性元件， 其中，陰極腔室(2)是根據(jù)權(quán)利要求2至6之一的陰極腔室，并且能在外殼（11)中移動(dòng)， 其中，電絕緣隔板（5)、陰極腔室（2)和金屬電極（3)的設(shè)置使得柔性元件對(duì)陰極腔室 (2)起作用，以便陰極腔室通過其至少部分由空氣電極(22)所形成的表面來壓縮金屬電極 ⑶。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池（1)，其中，所述柔性元件是由外殼（11)所構(gòu)成的或者是 依靠著外殼壁所設(shè)置的壓縮系統(tǒng)(6)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電池（1)，還包括第二空氣電極(22)，其納入第二可動(dòng)陰極 腔室（2)并且可根據(jù)權(quán)利要求1至7之一可抽取的，以及第二電絕緣隔板(5)，其設(shè)置在第二 空氣電極(22)與金屬電極(3)之間， 其中，兩個(gè)陰極腔室（2)、金屬電極(3)、電絕緣隔板(5)和柔性元件的設(shè)置使得金屬電 極(3)通過至少部分由空氣電極(22)所形成的陰極腔室表面壓縮在兩個(gè)陰極腔室(2)之間。10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的電池（1)，還包括第二正電極(7)，用于為電池充 電。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池（1)，其中，所述第二正電極(7)設(shè)置在陰極腔室（2)與 負(fù)電極(3)之間，而且，其中，電池（1)還包括至少一個(gè)襯墊(8)，放置所述襯墊與第二正電極 (7)相接觸，從而有助于去除在充電階段在第二正電極(7)上所產(chǎn)生的氧氣氣泡。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池（1)，包括兩個(gè)襯墊(8)，各自設(shè)置在正電極(7)每一側(cè)。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的電池（1 )，其中，提供至少一個(gè)襯墊(8)，使其依靠在分 別轉(zhuǎn)向負(fù)電極(3)和空氣電極(22)的第二正電極的表面； 還包括至少一個(gè)機(jī)械保護(hù)(9)，分別設(shè)置在襯墊(8)和負(fù)電極(3)與各個(gè)空氣電極(22) 之間。
【文檔編號(hào)】H01M12/06GK105849956SQ201480065734
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日
【發(fā)明人】格韋納埃爾·陶薩因特, 菲利普·史蒂文斯, 索菲·代沙耶斯
【申請(qǐng)人】法國電力公司