锂空气电池的制作方法

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种锂空气电池。

背景技术：

数码、电机、汽车等可储存的大容量发电的需求日益增加，作为储存系统中容量最高的锂空气电池备受关注。按照锂空气电池正极及负极的氧化锂反应(2li+o2->li2o2)，其能量密度可达3500wh/kg，高于锂离子电池10倍以上。锂空气电池的原理是由空气中的氧气作为正极使用，因此在材料价格方面、轻量化等方面具有优势，负极由可吸收/释放的负极锂构成，并搭建正负极之间的金属锂传导性媒介，锂空气电池负极金属li反应式为1～4项。

放电状态

[反应式1]

负极:2li→2li⁺+2l^—

[反应式2]

正极:2li⁺+2l^—+o2→li2o2

有可能产生少量的li2o2。

充电状态

[反应式3]

负极:2li⁺+2l^—→2li

[反应式4]

正极:li2o2→2li⁺+2l^—+o2

锂空气电池从外部吸入氧气，因此通常具有高氧气渗透性的多孔膜。按照反应式4，充电时电池的正极电极产生氧气，在加压的氧气包围电池使得电池内部的氧气分压较高，并对反应式4的反应效率产生影响，从而降低电池整体的充电效率。锂空气电池要比锂离子二次电池寿命更长、容量更高，因此锂空气电池可使用的产品更广泛。历来锂空气电池的放电及充电时均有较高的过电压现象，从而产生分极的情况，导致能量效率比目前锂离子电池更低等问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种锂空气电池，所述锂空气电池使得锂空气电池层叠状态下，搭建可稳定提供空气的通道，并提高氧气的氧化/还原反应，还可以提高锂空气电池的放电容量。

根据本发明实施例的锂空气电池，所述锂空气电池包括：空气室和电池容纳壳体，所述空气室包括：第一空气出入口、第二空气出入口、电池容纳空间，所述第一空气出入口与所述第二空气出入口同轴设置，所述电池容纳空间设于所述第一空气出入口和所述第二空气出入口之间，所述电池容纳壳体内设有多个锂空气电芯及至少一个以上的锂空气电池模组，多个所述锂空气电芯适于间隔分布在所述电池容纳壳体内，多个所述锂空气电芯布局的方向与所述第一空气出入口和所述第二空气出入口的轴向垂直，所述锂空气电池模组可以由多个所述锂空气电芯形成。

另外，根据本发明的锂空气电池，还具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述电池容纳壳体还包含：电池存放空间和第一空气流动通道，所述电池存放空间可收纳多个所述锂空气电芯，在所述电池容纳壳体内形成有多个所述锂空气电芯存放空间，所述电池存放空间内布置多个滑动槽，所述滑动槽包括：多个第一滑动槽和多个第二滑动槽，所述锂空气电芯可嵌入所述第一滑动槽和所述第二滑动槽内，所述第一空气流动通道形成在相邻的两个所述锂空气电芯之间，空气可以在所述第一空气流动通道内流通。

可选地，所述第一滑动槽在第一方向上等间隔分布，并在与第一方向垂直第二方向上延伸规定长度；所述第二滑动槽适于与所述第一滑动槽上下相对设置。

可选地，所述锂空气电芯包括多个正极、多个负极、多个电池层及中间隔板，所述电池层从中间隔板开始，沿第一方向依次是第一负极集电体，第一锂金属负极，第一隔膜，第一正极，第一正极集电体，多孔性第一气体扩散层，第一外部空气流入窗口和盖板，沿所述第一方向相反的方向依次第二负极集电体，第二锂金属负极，第二隔膜，第二正极，第二正极集电体，多孔性第二气体扩散层，第二空气流入窗口和盖板。

可选地，在所述空气室内的所述第一空气出入口的对面设有第一过滤器件，在所述空气室内的所述第二空气出入口对面设有第二过滤器件。

在本发明的一些实施例中，所述第一空气出入口和所述第二空气出入口，分别包括空气进入管和空气扩散部。

可选地，所述空气进入管插入所述空气扩散部内测，所述空气进入管朝向所述空气扩散部的端部用密封板封住，所述空气进入管包括：进气控制管、多个第一排气孔和多个第二排气孔，所述进气控制管包括插入到所述空气扩散部中的延伸管部和阻隔该延伸管部的端部的密封板。

可选地，多个所述第一排气孔围绕所述延伸管部轴向布置，且分布在所述空气扩散部的内部，多个所述第二排气孔设于所述进气控制管的密封板上，所述第二排气孔的孔径大于所述第一排气孔的孔径。

在本发明的一些实施例中，所述锂空气电池模组在所述电池容纳壳体内至少可以布置两个以上，且在所述第一空气出入口和所述第二空气入口的轴向上间隔一定距离，所述锂空气电池模组还包括空气流速控制件，所述空气流速控制件可以控制流通在多个所述锂空气电池模组之间的空气的流速。

可选地，所述空气流速控制件于所述第一空气出入口和所述第二空气出入口的轴向上垂直间隔开，所述空气流速控制件包含多个隔板和第二空气流动通道，且所述第二空气流动通道与多个所述隔板相连。

可选地，多个所述隔板包括流量控制的流速控制面和流速控制槽，并形成在所述第一空气出入口或者第二空气出入口之间。

进一步地，所述第一过滤器件和所述第二过滤器件中的一个适于对进入所述电池容纳空间内的空气过滤，所述第一过滤器件和所述第二过滤器件中的另一个适于对排出所述电池容纳空间内的空气过滤。

本发明的锂空气电池优点如下：

1.单位电池维持一定间隔层叠时，可更加通畅地供给外部气体，提高锂空气电池氧气的氧化/还原反应，提高放电容量且可发挥稳定的电性能。另外按照所述结构可减少锂空气电池结构件。

2.搭载气体通道可对电池内部的空气进行均匀地分布，达到锂空气电池性能的稳定发挥。

3.可对模组内的锂空气电池高效率提供气体的供给。

4.可防止模组内的锂空气电芯与水分接触。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的所述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的锂空气电池的剖视图；

图2是根据本发明实施例的锂空气电池的锂空气电池模组的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的锂空气电池的锂空气电芯的爆炸图；

图4是根据本发明实施例的锂空气电池的第一空气出入口、进气控制管、第一排气孔和第二排气孔装配后的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的锂空气电池的空气流速控制件的结构示意图。

具体实施方式

下面参考图1-图5对本发明锂空气电池进行详细地说明。本发明可增加多种变更形态，详细说明按照特定举例图纸进行说明。但不限于本发明特定或限定形态应当理解为包括本发明的理念和范围内包括的所有修改等同形式和替代形式，本发明包含理念和范围内的所有改变同物和替代物。在描述附图时，相似的附图标记用于相似的元件。在附图中，为了清楚起见，放大图例示出了结构的尺寸。

第一和第二的术语可以用于描述各种组件，但是这些组件不应受到这些用语的限制。这些术语仅用于各个组件区分的目的。例如，在不脱离本发明权力的范围下，第一部件可以命名为第二部件，第二部件也可以命名为第一部件。

本文所使用的用语仅特定示例说明的目的，并非限定本发明。除非上下文另行明确指出，否则单数表达包括复数表达。在本申请中，术语“包括”旨在表示存在在说明书中描述的特征，数量，步骤，动作，部件，部分或其组合，以及一个或多个其他特征。应理解为，本发明不排除存在或添加数字，步骤，操作，组件，部件或其组合的可能性。

除非另有定义，否则本文中使用的所有术语，包括技术或科学术语，具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。诸如在常用词典中定义的那些术语应被解释为具有与现有技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本申请中明确定义，否则不应以理想或过度形式的含义来解释。

如图1，根据本发明的实施方式的锂空气电池组可包括空气室(100)和至少一个锂空气电池模组(201、202、203、204)。

空气室(100)可以构造成在从一个方向引入空气之后沿相反的方向排出空气。例如，空气室(100)可包括第一空气出入口(110)，第二空气出入口(120)和电池容纳空间(130)。

第一空气出入口(110)可位于电池容纳空间(130)一侧，并且第二空气出入口(120)可以与第一空气出入口(110)同轴上，第二空气出入口(120)和第一空气出入口(110)可以相对设置。以此例，空气从第一空气出入口(110)流入到电池容纳空间(130)内，再通过第二空气出入口(120)流出。

电池容纳空间(130)可以位于第一空气出入口(110)和第二空气出入口(120)之间，并且可以容纳至少一个锂空气电池模组(201、202、203、204)。例如，电池容纳空间(130)可以具有与空气室(100)的纵向垂直的矩形截面形状，并且可以以矩形管形状设置。

第一空气出入口(110)和第二空气出入口(120)，分别包括空气进入管(111，121)以及空气扩散部(112，122)。

空气进入管(111，121)可从空气室(100)的外部引入空气或从空气室(100)的内部排出空气。在下文中，为了便于描述，将第一空气出入口(110)的进气管称为第一进气管(111)，将第二空气出入口(120)的进气管称为第二进气管(121)进行解释。

空气扩散部(112，122)可以从第一进气管(111)和第二进气管(121)一侧沿空气室(100)外表面方向径向延伸。例如，空气扩散部112和122可以分别从第一进入管(111)和第二进气管(121)延伸到电池容纳空间(130)的矩形截面。在这种情况下，空气扩散部(112，122)可分别包括四个大致梯形的空气扩散板1121和1221。在下文中，为了便于描述，从第一进气管(111)延伸的空气扩散部为第一空气扩散部(112)，第一空气扩散部(112)的空气扩散板命名为第一空气扩散板(1121)，从第二进气管(121)延伸的空气扩散部第二扩散部(122)，第二扩散部(122)的空气扩散板命名为第二空气扩散板(1221)。

第一进气管(111)和第二进气管(121)中的至少一个，位于空气进入空气室(100)的一侧的进气管上，可以包括进气控制管(151)、多个第一排气孔(152)和多个第二排气孔(153)。例如，进气控制管(151)、多个第一排气孔(152)和多个第二排气孔(153)可以构成在第一进气管(111)内。

进气控制管(151)包括插入到第一空气扩散部(112)中的延伸管部(1511)和阻隔该延伸管部(1511)的端部的密封板(1512)。

多个第一排气孔(152)可以围绕延伸管部(1511)的轴向布置，且分布在第一空气扩散部(112)的内表面。

多个第二排气孔(153)可以设于进气控制管(151)的密封板(1512)上。

第二排气孔(153)的孔径可以大于第一排气孔(152)的孔径。

至少一个锂空气电池模组(201、202、203、204)可以容纳在电池容纳空间(130)中，并且多个锂空气电池模块(210)可以彼此电性连接。

构成锂空气电池模组(201、202、203、204)的每个锂空气电池模块(210)可包括容纳多个锂空气电芯(40)的电池容纳壳体(211)。电池容纳壳体(211)可包括多个第一滑动槽(2111)和多个第二滑动槽(2112)。

例如，电池容纳壳体(211)可以形成为长方体形状的结构，并且在第一侧面(211a)和第二侧面(211b)这两个彼此相对的侧面可以形成为开口设置。

参考图2，在电池容纳壳体(211)的上侧面(211c)的内侧上可以设置有多个第一滑动槽(2111)，具体而言，第一滑动槽(2111)可以从第一侧面(221a)朝向第二侧面(211b)的方向延伸，其中上侧面(211c)的内侧可以理解为上侧面(211c)与下侧面(211d)相对的侧面。另外，在电池容纳壳体(211)的下侧面(211d)与上侧面(211c)相对的侧面上可以设有多个第二滑动槽(2112)，第二滑动槽(2112)可以从第一侧面(221a)朝向第二侧面(211b)的方向延伸。进一步地，多个第一滑动槽(2111)可以均匀地间隔排列在第三侧面(211e)与第四侧面(211f)之间，多个第二滑动槽(2112)也可以均匀地间隔排列在第三侧面(211e)与第四侧面(211f)之间，且多个第二滑动槽(2112)与多个第一滑动槽(2111)一一上下相对设置，由此，相邻的两个第一滑动槽(2111)之间间隔的距离与相邻的两个第二滑动槽(2112)之间间隔的距离相同，且第一滑动槽(2111)的开口与第二滑动槽(2112)的开口可以上下相对。

通过将容纳在电池容纳壳体(211)中的多个锂空气电芯(40)插入到彼此面对的多个第一滑动槽(2111)和多个第二滑动槽(2112)中，使得多个锂空气电芯(40)可以彼此电性连接，即锂空气电芯(40)的上端部可以配合在第一滑动槽(2111)内，锂空气电芯(40)的下端部可以配合在第二滑动槽(2112)内，由此，锂空气电芯(40)配合第一滑动槽(2111)和第二滑动槽(2112)内后，第一滑动槽(2111)和第二滑动槽(2112)可以对锂空气电芯(40)限位，以使锂空气电芯(40)可以较稳固地配合在电池容纳壳体(211)内，同时多个锂空气电芯(40)还可以较稳定地进行电连接。另外，第一空气流动通道(2113)可以形成在相邻的锂空气电芯(40)之间，并允许空气可以沿第一空气流动通道(2113)延伸的方向流动。当空气通过第一空气流动通道(2113)时，多个锂空气电芯(40)可以接触空气。

例如图3所示，锂空气电芯(40)可以包括多个正电极、多个负电极及形成的多个电池层，具体地，锂空气电芯(40)可包括中间隔板(30)、在中间隔板(30)的两侧上的第一电池层(10)和第二电池层(20)。

第一电池层(10)包含从中间隔板(30)开始按照第一方向，依次为第一负极集电体(11)、第一锂金属负极(12)、第一隔膜(13)、第一正极(14)、第一正极集电体(15)、多孔性第一气体扩散层(16)、第一外部空气流入窗口(17a)和盖板(17)。

第二电池层(20)包含从中间隔板第一方向反方向开始，分别依次为第二负极集电体(21)、第二锂金属负极(22)、第二隔膜(23)、第二正极(24)、第二正极集电体(25)、多孔性第二气体扩散层(26)、第二空气流入窗口(27a)和盖板(27)。由于锂空气电芯(40)中的第一电池层(10)和第二电池层(20)的作用与常规锂空气电池的作用相同，因此将省略其更详细的描述。

多层锂空气电芯(40)的第一气体扩散层(16)和第二气体扩散层(26)可以由镍网、泡沫镍、碳纸中的至少一种材料制造。

由于多层的锂空气电芯(40)由两个单电池组成，因此与制造整个电池和模组时堆叠多个单层电池的情况相比，该电池可以配置高电压和高电流。与单层电池相比，它的优势在于可以减轻重量和体积。

同时，至少两个锂空气电池模组(201、202、203、204)可以在电池容纳空间(130)中进行电性连接，并在第一空气出入口(110)和第二空气出入口(120)的轴向上以一定的距离的间隔开进行排列。例如，有四个锂空气电池模组(201、202、203、204)盛放在电池容纳空间(130)中，此时，可以将其中的两个锂空气电池模组(201、202)可放置在电池容纳空间(130)的一侧，而另两个锂空气电池模组(203、204)可以放置在电池容纳空间(130)的另一侧。

在下文中，为了便于描述，将与第一空气出入口(110)相邻的两个锂空气电池模组(201、202)称为第一锂空气电池模组(201)和第二锂空气电池模组(202)。第二空气出入口(120)相邻的两个锂空气电池模组(203、204)称为第三锂空气电池模组(203)和第四锂空气电池模组(204)。

在一个实施例中，锂空气电池模块(210)还可包括锂空气电池模块(210)的空气流速控制件(160)。

具体地，空气流速控制件(160)可以在第一空气出入口(110)和第二空气出入口(120)的轴向上按照一定间隔垂直排开，空气流速控制件(160)包含多个隔板(161)和第二空气流动通道(162)，且第二空气流动通道(162)可以与多个隔板(161)相连，例如图1所示，第二空气流动通道(162)延伸的方向可以与第一空气出入口(110)和第二空气出入口(120)的轴向方向垂直，而多个隔板(161)可以朝第二空气流动通道(162)延伸的方向间隔开排列，空气可以在电池容纳空间(130)内的多个隔板(161)之间间朝向第二空气出入口(120)的方向流通。

此外，参考图1和图5，多个隔板(161)包含流量控制的流速控制面(161a)和流速控制槽(161b)，并形成在第一空气出入口(110)或者第二空气出入口(120)之间。流速控制面(161a)可根据第二空气流动通道(162)角度变化，调整电池容纳空间(130)内朝向第二空气出入口(120)方向活动的空气的进气量及速度。流速控制槽(161b)朝向远离流量控制面(161a)的方向延伸，且可以形成在每个隔板(161)的两个侧面上，放置在第二空气流动通道(162)中。流速控制槽(161b)可以朝向第二空气出入口(120)的方向延伸，由此，空气流速控制槽(161b)可增加电池容纳空间(130)内的空气的流速。

同时，根据本发明的示例方式，空气室(100)可包括第一过滤器件(171)和第二过滤器件(172)，具体地，第一过滤器件(171)可安装在第一空气出入口(110)的对面，第二过滤器件(172)可安装在第二空气出入口(120)的对面。

例如，第一过滤器件(171)由预过滤器、高效过滤器和碳过滤器组合构成，以防止从外部流入空气时细小灰尘和水的流入，第二过滤器件(172)由碳过滤器组成，以防止空气室(100)中的电解质蒸发到外部，从而防止外部污染。

另外，第一过滤器件(171)和第二过滤器件(172)可拆卸地设置在电池容纳空间(130)内。

在下文中，将描述根据本发明实施例的锂空气电池组中的空气流动过程。

首先，可以将空气从第一空气出入口(110)供应到电池容纳空间(130)中。例如，可使用空气送风扇，强行流入到电池容纳空间(130)内。

强行引入的空气通过第一进气管(111)进入进气控制管(151)，一部分进入的空气被引向进气控制管(151)的延伸管部(1511)。空气沿着第一空气扩散部(112)布置的多个第一排气孔(152)朝着第一空气扩散部(112)的四个第一空气扩散板(1121)排放，以容纳进气控制管(151)。剩余的空气在通过进气控制管(151)密封板(1512)中的多个第二排气孔(153)排放到电池容纳空间(130)中。

这时，由于四个第一空气扩散板(1121)在空气室(100)的外表面方向径向延伸，朝着四个第一空气扩散板(1121)排放的空气可以在电池容纳空间(130)中均匀地分布气体，以达到较广分布的空气供给。

随后，扩散的空气穿过第一过滤器件(171)，并且空气中的细尘和水分被第一过滤器件(171)过滤，然后可以广泛地分布并供应到电池容纳空间(130)中。

这样，供应到电池容纳空间(130)中的空气以向第一锂空气电池模组(201)和第二锂空气电池模组(202)均匀地供给空气，使邻近第一空气出入口(110)的第一锂空气电池模组(201)及第二锂空气电池模组(202)供应空气更加容易。

供应到第一锂空气电池模组(201)和第二锂空气电池模组(202)的空气，也可以供给第一锂空气电池模组(201)和第二锂空气电池模组(202)的多个锂空气电池堆及多个锂空气电池模块(210)，此时空气可流入第一空气流道(2113)与多个锂空气电芯(40)进行接触。

随后，穿过第一空气流道(2113)的空气可朝向空气流速控制件(160)的方向活动，并穿过空气流速控制件(160)。此时空气通过第一空气流道(2113)，穿过空气流速控制部(160)进入各隔板(161)形成的流速控制面(161a)及流速控制槽(161b)，增加空气移动速度，从而使得空气可以进入第三锂空气电池模组(203)和第四锂空气电池模组(204)。

空气流动到第三锂空气电池模组(203)及第四锂空气电池模组(204)后，从而使得空气可以对第三锂空气电池模组(203)及第四锂空气电池模组(204)的多个锂空气电池模块(210)提供空气，此时空气可流入第一空气流道(2113)与多个锂空气电芯(40)进行接触。

随后，穿过多个锂空气电池模块(210)的第一空流动通道(2113)的空气，朝向第二空气出入口(120)方向移动，其中空气首先穿过第二过滤器件(172)，可以将空气中的电解质成分过滤在空气室(100)内后，再排放到外部。

对此，使用本发明的锂空气电池具有以下优点：

一、本申请的锂空气电池和锂空气电池模组，单位电池按照一定间隔进行层叠时，通过外部稳定的空气供给结构，可提高锂空气电池的氧化/还原反应，提高放电容量并提高电池的稳定性。

另外，在制作本申请的锂空气电池及锂空气电池模组时，可减少相应的结构件。

二、空气室(100)的第一空气出入口(110)及第二空气出入口(120)配备空气扩散部(112，122)，第一空气出入口(110)配备空气导入功能的空气进气控制管(151)，空气导入进气控制管(151)流入的空气，可通过空气扩散部(112，122)的多个第一排气孔(152)分别供应空气，从而使得空气可以均匀地进入到电池容纳空间(130)，从而使得电池容纳空间(130)内部的多个锂空气电池模组(201、202、203、204)可稳定地供应到空气。

三、通过空气室(100)第一空气出入口(110)进入到电池容纳空间(130)的空气，在通过第一锂空气电池模组(201)及第二锂空气电池模组(202)的锂空气电池模块(210)和第一空气通道(2113)后流速下降，流速下降的空气在通过第一锂空气电池模组(201)及第二锂空气电池模组(202)尾部的空气流速控制件(160)及多个隔板(161)，多个流速控制槽(161b)时进行加速，从而使得空气可以流动到第三锂空气电池模组(203)及第四锂空气电池模组(204)，从而使得电池容纳空间(130)内的各锂空气模组(201、202、203、204)及锂空气电池模块(210)可以较稳定地供应到空气。

四、空气室(100)空气流入口，即第一空气出入口(110)搭载第一过滤器件(171)，可有效阻隔灰尘及水分的流入，保证电池容纳空间(130)内的锂空气模组(201、202、203、204)和锂空气电芯(40)安全性。

本实施例提供给该技术领域具有该领域知识的人员实施，按照本实施例为基础的多种形态及关联新特征，在最广意义的范围内解释。