[發(fā)明專利]一種鋰空氣電池組

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110593201.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113517500A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛亞;馬尚德;夏欣瑤;郭瑞;萬冰芯;裴海娟;解晶瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發(fā)明涉及一種鋰空氣電池組。該鋰空氣電池組由單體電池、氣體擴(kuò)散單元、金屬連接條、外殼、電連接器、上蓋組成。多個(gè)單體電池通過金屬連接條進(jìn)行并聯(lián)連接，成組后在單體電池之間通過氣體擴(kuò)散單元實(shí)現(xiàn)氣體在電池組內(nèi)部的擴(kuò)散。組裝好的電池組放入外殼，其中外殼體側(cè)面有透氣孔，可以實(shí)現(xiàn)外部氣體擴(kuò)散至電池組內(nèi)部，端板有電池連接串口，可實(shí)現(xiàn)對電池組的充放電工作和電流、電壓采集。該裝置具有開放式結(jié)構(gòu)，保證了氣體在電池組內(nèi)部的擴(kuò)散，并且電池組的組裝方式簡單、易操作，在保證電池組性能正常發(fā)揮的前提下，有效降低了電池組中非活性結(jié)構(gòu)件所占重量比，大大提高了電池組的能量密度，適合鋰空氣電池組的制備與測試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰空氣電池組，屬于化學(xué)電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)

采用金屬鋰作為負(fù)極的鋰空氣電池是目前理論能量密度最高的化學(xué)儲能器件之一，鋰具有最高的理論電壓和電化當(dāng)量，正極材料活性物質(zhì)氧氣可以從環(huán)境中無限制的獲得，如果計(jì)入來自于空氣的反應(yīng)物氧氣的質(zhì)量，理論能量密度能達(dá)到3458Wh/kg(基于反應(yīng)產(chǎn)物為Li₂O₂)，理論比能量高于其他金屬空氣電池，是未來化學(xué)電源發(fā)展的方向。

鋰空氣電池具有很高的理論能量密度，但在電池器件研究中面臨著許多挑戰(zhàn)，如實(shí)際比能量遠(yuǎn)低于理論值，預(yù)期鋰空氣電池實(shí)際能量密度能達(dá)到 500-1000Wh/kg，與理論值存在較大的差距。目前大多數(shù)鋰空氣電池研究使用的模具主要分為Swagelok電池模具和扣式電池模具。但這兩種模具都只適用于少量材料的小容量電池的測評，對大容量電池特別是電池組的制備與測試研究較少，缺少相關(guān)制備方法及裝置。寶馬股份公司的一篇公開日為 2017年2月22日，公開號為CN106463803A文件中提出了一種鋰空氣電池組，由空氣至少部分填充的氣體擴(kuò)散層、電解質(zhì)部分浸漬過的過濾片、鋰基金屬負(fù)極組成，封裝成電池組。該文件主要是在電池內(nèi)部的空氣電極、電解質(zhì)、負(fù)極等進(jìn)行了描述，對于電池組的組裝、結(jié)構(gòu)、封裝等未進(jìn)行詳細(xì)描述，沒有提出鋰空氣電池組的制備方法及裝置。中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的一篇授權(quán)公告日為2015年5月20日，授權(quán)公告號為CN103311603B文件中報(bào)道了一種鋰-空氣二次電池組，由多組可拆裝的電池組模塊串/并聯(lián)后，置于帶孔電池組外殼中組裝而成。可拆裝的電池組模塊是由一個(gè)底座殼體、多個(gè)組裝殼體及電池固定組件，依次進(jìn)行疊加組裝成的。電池組的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，組裝工序多，并且殼體和電池固定組件這些非活性結(jié)構(gòu)件在整個(gè)電池組中所占的體積和質(zhì)量比都比較大，降低了電池組的質(zhì)量能量密度和體積能量密度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：針對大容量鋰空氣電池及電池組的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)少的現(xiàn)狀，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種鋰空氣電池組，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該電池組可以有效解決氣體在單體電池之間的擴(kuò)散問題，可以實(shí)現(xiàn)氧氣在電池組內(nèi)部的擴(kuò)散，有效提高電池組的放電容量和放電能量。同時(shí)該測試裝置具有重量輕、成本低、裝配簡單，可以在保證電池組性能優(yōu)異發(fā)揮的條件下，同時(shí)提高電池組的能量密度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種鋰空氣電池組，包括：單體電池、氣體擴(kuò)散單元、金屬連接條、外殼、電連接器、上蓋；

多個(gè)單體電池并列在一起放置，相鄰單體電池之間設(shè)置有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氣體擴(kuò)散單元，且處于兩端的單體電池外側(cè)同樣設(shè)置有氣體擴(kuò)散單元；通過金屬連接條將多個(gè)單體電池焊接連接在一起形成電池組放入外殼內(nèi)，多個(gè)單體電池為并聯(lián)關(guān)系；外殼端板上安裝有電連接器，通過導(dǎo)線與金屬連接條連通，上蓋用于將外殼封閉；外殼的側(cè)面上均設(shè)置有多個(gè)通氣孔，該鋰空氣電池組工作時(shí)，空氣通過所述通氣孔進(jìn)入殼體內(nèi)部，進(jìn)氣方向正對殼體內(nèi)部的并列在一起的單體電池側(cè)方，空氣通過氣體擴(kuò)散單元在單體電池之間自擴(kuò)散。

進(jìn)一步的，所述的氣體擴(kuò)散單元采用碳紙、碳布、鈦網(wǎng)或鋁網(wǎng)。

進(jìn)一步的，所述外殼上兩個(gè)側(cè)面設(shè)置的通氣孔為矩陣陣列形式。

進(jìn)一步的，所述外殼采用凱夫拉、碳纖維、鋰鋁合金、有機(jī)玻璃、聚四氟乙烯、鎂合金、鈦合金、聚偏氟乙烯或聚苯乙烯材料。