專利名稱：一種新型鋰空氣電池模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域，具體涉及一種具有水平氣體吹掃口的、氣體通道可拆卸結(jié)構(gòu)的多用途鋰空氣電池模具。
背景技術(shù)：
鋰空氣電池是一種以金屬鋰為負(fù)極材料、空氣中的氧氣為正極材料的新型二次電池。鋰空氣電池作為一種高比能量的電池，其理論能量密度達(dá)到5，210Wh/kg，如果考慮到其正極材料可以直接取自于大氣而不必像其他二次電池一樣攜帶在電池內(nèi)部，那么其理論能量密度高達(dá)11，680Wh/kg，高出目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池幾個數(shù)量級，是目前已知的所有二次電池中理論能量密度最高的電池。近年來，鋰空氣電池因其極高的比能量和對環(huán)境的友好性等特性顯示出廣闊的應(yīng)用前景，吸引了國際電動汽車界和相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注。目前大多數(shù)鋰空氣電池研究中所使用的模具基本上可以歸納為兩大類經(jīng)典的Swagelok 電池模具(Journal of American Chemistry Society, 2006,128 (4) 1390-1393)和美國麻省理工學(xué)院Yang Shao-Horn課題組所使用的模具(Electrochemical andSolid-State Letters, 2010,13 (6) :A69_A72)。這兩種模具在一定程度上基本可以滿足目前鋰空氣電池的研究需求，但是它們均存在一定的缺陷。由于鋰空氣電池的組裝需要在無水無氧的手套箱中進(jìn)行，這就導(dǎo)致了當(dāng)組裝完成的電池轉(zhuǎn)移到空氣(氧氣)氣氛中時，電池正極上方的氣腔中會充滿氬氣(Ar)，只有在進(jìn)行性能測試之前將這些殘余的氬氣完全排出并置換成空氣(氧氣)才能正確測量并評價鋰空氣電池的性能。當(dāng)使用經(jīng)典的Swagelok電池模具時，空氣(氧氣)從氣腔最上方處進(jìn)入，再加上空氣(氧氣)的密度低于IS氣的密度，因而存在氬氣不易排出的問題，即使在充放電測試開始前長時間靜置也很難保證氣腔中氬氣的完全排出，從而導(dǎo)致實際電池性能的測量過程在氬氣/空氣(氧氣)的混合氣氛下進(jìn)行，不僅無法正確評價電池在純空氣(氧氣)氛下的真實性能，而且多次測試過程中很難保證一致的測試氣氛，因而大大增大了測試結(jié)果的不可靠性。Yang Shao-Horn課題組的模具在一定程度上解決了徹底排出氬氣的問題，但是使用該模具時空氣(氧氣)直接吹到了正極表面，因而加快了電池工作過程中電解液的揮發(fā)，從而影響鋰空氣電池的充放電性能和循環(huán)穩(wěn)定性。同時，為了分析鋰空氣電池工作過程中的反應(yīng)機(jī)理，正極產(chǎn)物及氣體的在線檢測是個非常重要的課題，使用Yang Shao-Horn課題組的模具將空氣(氧氣)直接吹到正極表面容易導(dǎo)致正極上部氣體擾動過大，從而使得在線檢測結(jié)果存在偏差。另一方面，Yang Shao-Horn課題組的模具通過分布在周圍的4根螺栓固定正負(fù)極，因而使得電池裝卸過程繁瑣、復(fù)雜。此外，上述兩種模具均只能完成單一條件的鋰空氣電池性能測試工作，經(jīng)典的Swagelok模具只能考察靜止空氣(氧氣)氛中電池的運(yùn)行性能，而Yang Shao-Horn課題組的模具則注重考察流動空氣(氧氣)氛中電池的運(yùn)行性能。綜上所述，本領(lǐng)域目前缺乏一種可以同時解決徹底排出氬氣、避免(或減緩)溶劑 揮發(fā)和氣流干擾等問題以及可以在多種條件下靈活使用的多用途的鋰空氣電池模具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不僅能夠解決徹底排出氬氣、減緩溶劑揮發(fā)、避免氣體直吹對在線分析的影響等問題，而且還可以通過簡單的拆卸操作實現(xiàn)不同氣體流動狀態(tài)下電池性能的測試工作的新型鋰空氣電池模具。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，該電池模具包括正極殼體，可拆卸的進(jìn)氣通道，可拆卸的出氣通道，絕緣殼體，負(fù)極殼體，正極引線端子，負(fù)極引線端子，所述的負(fù)極殼體中部設(shè)有一突起，所述的正極殼體設(shè)置在負(fù)極殼體上方，所述的絕緣殼體設(shè)置在正極殼體與負(fù)極殼體之間，所述的正極殼體中心設(shè)有空氣腔，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道由正極殼體頂部旋入空氣腔底部，所述的可拆卸的出氣通道設(shè)置在正極殼體側(cè)壁，并連通空氣腔頂部與外部大氣，所述的正極引線端子設(shè)置在正極殼體上，所述的負(fù)極引線端子設(shè)置在負(fù)極殼體上；使用時，將鋰空氣電池模塊放置在所述負(fù)極殼體的突起處，所述的正極殼體設(shè)置在鋰空氣電池模塊上方，并通過正極殼體將鋰空氣電池模塊固定在負(fù)極殼體中部的突起上。所述的負(fù)極殼體呈凹槽狀，所述的突起設(shè)置在該凹槽內(nèi)中部，所述的絕緣殼體設(shè)置在正極殼體外側(cè)壁與負(fù)極殼體凹槽內(nèi)側(cè)壁之間。所述的絕緣殼體內(nèi)外兩側(cè)分別通過螺紋與正極殼體和負(fù)極殼體連接。所述的可拆卸的進(jìn)氣通道通過螺紋連接正極殼體正上方中部，可拆卸的進(jìn)氣通道通過調(diào)節(jié)自身的螺紋上下升降調(diào)整，所述的可拆卸的出氣通道通過螺紋連接正極殼體側(cè)壁。所述的可拆卸的進(jìn)氣通道底部均勻分布有多個水平出氣口，作為氣體進(jìn)入空氣腔的通道。所述的水平出氣口設(shè)有2 100個。所述的空氣腔連通鋰空氣電池模塊上表面。所述的正極殼體和負(fù)極殼體所用材料只要能夠確保所期望的電子傳導(dǎo)性和強(qiáng)度則沒有特殊的限定，可以為不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金、鎳合金、鈦合金、聚乙炔或線型聚苯。所述的絕緣殼體所用材料只要能夠確保所期望的絕緣作用和強(qiáng)度則沒有特殊的限定，可以為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯或聚乙烯。所述的可拆卸的進(jìn)氣通道和可拆卸的出氣通道所用材料只要能夠確保所期望的匹配密封作用和強(qiáng)度則沒有特殊的限定，可以為不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金、鎳合金、鈦合金、聚乙炔或線型聚苯。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明設(shè)置了可拆卸的進(jìn)氣通道和可拆卸的出氣通道，并在進(jìn)氣通道下端設(shè)計了均勻分布的水平出氣口，不僅有利于徹底排出氣腔中在電池組裝過程中弓IA的氬氣、減緩電池工作過程中電解液的揮發(fā)，而且便于準(zhǔn)確地對電池充放電過程中的產(chǎn)物及氣體進(jìn)行在線分析；此外，由于氣體通道可拆卸結(jié)構(gòu)的設(shè)計，該模具適用于不同氣體流動狀態(tài)下的多用途測試。本鋰空氣電池模具組裝方便、調(diào)整靈活、實用性廣。


圖I是新型鋰空氣電池模具示意圖；圖2是可拆卸進(jìn)氣通道放大示意圖；圖3是圖2的B部放大示意圖；圖4為圖2的A部剖視圖； 圖5為圖2的俯視圖。其中，I-正極殼體、2-可拆卸的進(jìn)氣通道、3-水平出氣口、4-可拆卸的出氣通道、5-絕緣殼體、6-負(fù)極殼體、7-鋰空氣電池模塊、8-空氣腔、9-正極引線端子、10-負(fù)極引線端子，11-外螺紋。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明公開的新型鋰空氣電池模具的制作和具體使用方法作進(jìn)一步說明。實施例I如圖1-5所示，一種新型鋰空氣電池模具，該電池模具包括正極殼體1，可拆卸的進(jìn)氣通道2，可拆卸的出氣通道4，絕緣殼體5，負(fù)極殼體6，正極引線端子9，負(fù)極引線端子
10,所述的負(fù)極殼體6呈凹槽狀，該凹槽內(nèi)中部設(shè)有一突起，鋰空氣電池模塊7設(shè)置在所述突起處，正極殼體I設(shè)置在鋰空氣電池模塊7上方，將鋰空氣電池模塊7固定在負(fù)極殼體6中部的突起上，所述的絕緣殼體5設(shè)置在正極殼體(I)外側(cè)壁與負(fù)極殼體6凹槽內(nèi)側(cè)壁之間，絕緣殼體5內(nèi)外兩側(cè)分別通過螺紋與正極殼體I和負(fù)極殼體6連接，所述的正極殼體I中心設(shè)有空氣腔8，空氣腔8連通鋰空氣電池模塊7上表面，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道2由正極殼體I頂部旋入空氣腔8底部，通過螺紋連接正極殼體I正上方中部，可拆卸的進(jìn)氣通道2設(shè)有外螺紋11，通過調(diào)節(jié)外螺紋11上下升降調(diào)整其位置，可拆卸的進(jìn)氣通道2底部均勻分布有三個水平出氣口 3 (如圖4所示)，作為氣體進(jìn)入空氣腔8的通道，所述的可拆卸的出氣通道4通過螺紋連接在正極殼體I側(cè)壁，并連通空氣腔8頂部與外部大氣，所述的正極引線端子9設(shè)置在正極殼體I上，所述的負(fù)極引線端子10設(shè)置在負(fù)極殼體6上。采用不銹鋼(304)材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚四氟乙烯材料制作絕緣殼體5。鋰空氣電池的組裝過程在手套箱內(nèi)完成，具體組裝過程為鋰片置于負(fù)極殼體6中間突起處，鋰片上滴加適量電解液，其上放置隔膜，隔膜上滴加適量電解液，利用絕緣殼體5通過螺紋與負(fù)極殼體6連接并固定住隔膜，然后在隔膜上放置陰極，陰極上滴加適量電解液，再放置集流器，隨后利用正極殼體I通過螺紋與絕緣殼體5連接并固定集流器。最后把可拆卸進(jìn)氣通道2和可拆卸出氣通道4通過螺紋與正極殼體I相接。利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，取下可拆卸進(jìn)氣通道2，正極殼體I中心部位的開孔用封裝膜密封，同時利用螺帽堵住可拆卸出氣通道4，然后把電池置于密閉的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例2
采用鋁合金材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚四氟乙烯材料制作絕緣殼體5。其余同實施例I。電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，取下可拆卸進(jìn)氣通道2，正極殼體I中心部位的開孔用封裝膜密封，同時利用螺帽堵住可拆卸出氣通道4，然后把電池置于密閉的、電解液飽和的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例3采用不銹鋼(304)材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚偏氟乙烯材料制作絕緣殼體5。其余同實施例I。
電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，繼續(xù)從可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例4 采用鋁合金材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚偏氟乙烯材料制作絕緣殼體5。其余同實施例I。電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，繼續(xù)從可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)，然后把電池靜置于密閉的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例5 采用銅合金材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚苯乙烯材料制作絕緣殼體5。所述的水平出氣口 3設(shè)有2個。其余同實施例I。電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道⑵通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，然后從可拆卸進(jìn)氣通道(2)通入電解液飽和的空氣(氧氣)，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例6:采用鈦合金材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚酰亞胺材料制作絕緣殼體
5。所述的水平出氣口 3設(shè)有10個。其余同實施例I。電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道⑵通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，然后從可拆卸進(jìn)氣通道(2)通入電解液飽和的空氣(氧氣)，最后把電池置于密閉的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試。實施例I 采用線型聚苯材料分別制作正極殼體I、可拆卸進(jìn)氣通道2、可拆卸出氣通道4以及負(fù)極殼體6、正極引線端子9以及負(fù)極引線端子10 ;然后采用聚三氟氯乙烯材料制作絕緣殼體5。所述的水平出氣口 3設(shè)有100個。其余同實施例I。電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道⑵通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，繼續(xù)從可拆卸進(jìn)氣通道(2)通入空氣(氧氣)，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試，同時將可拆卸出氣通道(4)與色譜儀或者質(zhì)譜等分析儀器相聯(lián)接，對鋰空氣電池充放電過程中流出的氣體進(jìn)行在線分析。
實施例8 電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道⑵通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，繼續(xù)從可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)，然后把電池置于密閉的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試，同時將可拆卸出氣通道(4)與色譜儀或者質(zhì)譜等分析儀器相聯(lián)接，對鋰空氣電池充放電過程中流出的氣體進(jìn)行在線分析。實施例9 電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，然后從可拆卸進(jìn)氣通道2通入電解液飽和的空氣(氧氣)，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試，同時將可拆卸出氣通道4與色譜儀或者質(zhì)譜等分析儀器相聯(lián)接，對鋰空氣電池充放電過程中流出的氣體進(jìn)行在線分析。實施例10 電池組裝過程與實施例I相同，電池組裝完成后，利用可拆卸進(jìn)氣通道2通入空氣(氧氣)適當(dāng)時間，排出充滿于正極上部氣腔中的氬氣，然后從可拆卸進(jìn)氣通道2通入電解液飽和的空氣(氧氣)，最后把電池置于密閉的空氣(氧氣)氛圍中，連接測試電路對電池進(jìn)行充放電測試，同時將可拆卸出氣通道4與色譜儀或者質(zhì)譜等分析儀器相聯(lián)接，對鋰空氣電池充放電過程中流出的氣體進(jìn)行在線分析。需要說明的是，本發(fā)明不限于上述實施例，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，該電池模具包括正極殼體(1)，可拆卸的進(jìn)氣通道(2)，可拆卸的出氣通道(4)，絕緣殼體(5)，負(fù)極殼體(6)，正極引線端子(9)，負(fù)極引線端子(10)，所述的負(fù)極殼體￠)中部設(shè)有一突起，所述的正極殼體(I)設(shè)置在負(fù)極殼體(6)上方,所述的絕緣殼體(5)設(shè)置在正極殼體(I)與負(fù)極殼體(6)之間,所述的正極殼體(I)中心設(shè)有空氣腔(8)，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道(2)由正極殼體(I)頂部旋入空氣腔(8)底部，所述的可拆卸的出氣通道⑷設(shè)置在正極殼體⑴側(cè)壁，并連通空氣腔⑶頂部與外部大氣，所述的正極引線端子(9)設(shè)置在正極殼體(I)上，所述的負(fù)極引線端子(10)設(shè)置在負(fù)極殼體(6)上；使用時，將鋰空氣電池模塊(7)放置在所述負(fù)極殼體￠)的突起處，所述的正極殼體(I)設(shè)置在鋰空氣電池模塊(7)上方，并通過正極殼體(I)將鋰空氣電池模塊(7)固定在負(fù)極殼體￠)中部的突起上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的負(fù)極殼體(6)呈凹槽狀，所述的突起設(shè)置在該凹槽內(nèi)中部，所述的絕緣殼體(5)設(shè)置在正極殼體(I)外側(cè)壁與負(fù)極殼體(6)凹槽內(nèi)側(cè)壁之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的絕緣殼體(5)內(nèi)外兩側(cè)分別通過螺紋與正極殼體⑴和負(fù)極殼體(6)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道(2)通過螺紋連接正極殼體(I)正上方中部，可拆卸的進(jìn)氣通道(2)通過調(diào)節(jié)自身的螺紋上下升降調(diào)整，所述的可拆卸的出氣通道(4)通過螺紋連接正極殼體(I)側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道(2)底部均勻分布有多個水平出氣口(3)，作為氣體進(jìn)入空氣腔(8)的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的水平出氣口(3)設(shè)有2 100個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的空氣腔(8)連通鋰空氣電池模塊(7)上表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的正極殼體(I)和負(fù)極殼體(6)所用材料為不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金、鎳合金、鈦合金、聚乙炔或線型聚苯。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的絕緣殼體(5)所用材料為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、酚醛樹脂、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯或聚乙烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型鋰空氣電池模具，其特征在于，所述的可拆卸的進(jìn)氣通道(2)和可拆卸的出氣通道(4)所用材料為不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金、鎳合金、鈦合金、聚乙炔或線型聚苯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型鋰空氣電池模具，該電池模具包括正極殼體(1)，可拆卸的進(jìn)氣通道(2)，可拆卸的出氣通道(4)，絕緣殼體(5)，負(fù)極殼體(6)，正極引線端子(9)，負(fù)極引線端子(10)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電池模具設(shè)計了可拆卸的進(jìn)氣通道和可拆卸的出氣通道，并在進(jìn)氣通道下端設(shè)計了均勻分布的水平方向的出氣口，不僅有利于徹底排出空氣腔中在電池組裝過程中引入的氬氣、減緩電池工作過程中電解液的揮發(fā)，而且便于準(zhǔn)確對電池充放電過程中的產(chǎn)物及氣體進(jìn)行在線分析。同時，進(jìn)出氣通道的可拆卸結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得模具適用于不同氣體流動狀態(tài)下的多用途測試。此外，該新型鋰空氣電池模具還具有組裝方便、調(diào)整靈活、實用性廣等特性。
文檔編號G01R31/36GK102654566SQ201210134349
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者原鮮霞, 沙浩東, 馬忠, 馬紫峰 申請人:上海交通大學(xué)