锂空气电池包
阅读说明：本技术 锂空气电池包 (Lithium-air battery pack ) 是由 吴光锡 金元根 宋种灿 李芝容 权恩汦 于 2020-09-29 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种锂空气电池包,该锂空气电池包包括：圆柱形单元电池,通过圆柱形地卷绕锂空气电池的部件形成；以及集电箱,用于接纳圆柱形单元电池。圆柱形锂空气电池包使得能够将空气平稳地供应和扩散到在圆柱形单元电池中包括的阴极,并且能够通过将圆柱形单元电池封装在集电箱中有效地收集电流,使得通过圆柱形单元电池的两侧而不是通过周缘表面执行空气供应和电流收集。(The present application relates to a lithium-air battery pack, including: a cylindrical unit cell formed by cylindrically winding components of the lithium-air battery; and a current collecting box for receiving the cylindrical unit cells. The cylindrical lithium-air battery pack enables smooth supply and diffusion of air to the cathodes included in the cylindrical unit cells, and enables efficient collection of current by packaging the cylindrical unit cells in the collector case, such that the air supply and the current collection are performed through both sides of the cylindrical unit cells, not through the peripheral surface.)
技术领域
本公开涉及一种锂空气电池包，并且更具体地涉及一种使得能够将空气平稳地供应并且扩散至阴极并且能够有效地收集电流的圆柱形锂空气电池包。
背景技术
该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
锂空气电池是使用锂作为阳极和空气中的氧作为阴极(空气电极)的活性材料的电池系统，并且考虑到锂空气电池的廉价并且具有环保特性和优异的安全性的优点，已经进行了使用锂空气电极作为环保车辆(诸如，电动车辆)的动力的研究。
根据锂空气电池，在放电反应中，阳极的锂金属氧化，因此产生锂离子和电子，锂离子通过电解质移动至阴极，并且电子通过外部导线或集电器移动至阴极。此外，包含在外部空气中的氧流动至阴极，被电子还原，并且与锂离子反应，从而产生Li2O2。
作为参考，锂空气电池的充电反应作为与放电反应相反的反应进行。
这种锂空气电极通过以各种方式封装多个单元电池来制造，并且作为相关技术的实例，金属电池包括以圆柱形形状封装的多个单元电池。
当将锂空气电池封装成圆柱形时，最重要的问题是空气应该很好地供应至构成锂空气电池的所有单元电池中的阴极，并且应该有效地执行电流收集以便增加锂空气电池的能量密度。
然而，我们已经发现，在现有技术的金属电池中，由于以圆柱形封装的单元电池的集电器被定位在圆柱周围，所以当将圆柱形单元电池彼此紧密接触地堆叠时，难以电连接单元电池的集电器。
此外，在金属电池中，由于圆柱形封装的单元电池在堆叠时纵向和径向彼此紧密接触，因此难以确保用于在单元电池中的每一个单元电池中包括的用于阴极的空气路径。因此，空气没有被很好地供应至存在于单元电池中的每一个单元电池的阴极。
发明内容
本公开提供了一种包括通过圆柱形地卷绕锂空气电池的部件形成的圆柱形单元电池的圆柱形锂空气电池包，该圆柱形锂空气电池包使得能够将空气平稳地供应和扩散到在圆柱形单元电池中包括的阴极，并且能够通过将圆柱形单元电池封装在集电箱中有效地收集电流，使得通过圆柱形单元电池的两侧而不是通过周缘表面执行空气供应和电流收集。
根据本公开的一方面的锂空气电池包包括：圆柱形单元电池，通过圆柱形地卷绕堆叠在隔膜的第一侧上的阳极、堆叠在隔膜的第二侧上的阴极、堆叠在阳极的外侧上的阳极集电器、以及堆叠在阴极的外侧上的阴极集电器形成；以及集电箱，被配置为接纳圆柱形单元电池。具体地，集电箱包括：外壳，围绕圆柱形单元电池的周缘部分以能够使圆柱形单元电池绝缘；阴极集电板，附接至外壳的顶部，定位在圆柱形单元电池的顶部的上方，并且与通过圆柱形单元电池的顶部暴露的阴极集电器电连接；以及阳极集电板，附接至外壳的底部，定位在圆柱形单元电池的底部的下方，并且与通过圆柱形单元电池的底部暴露的阳极集电器电连接。
在一种形式中，通过圆柱形单元电池的顶部向外突出并且与阴极集电板电接触的集电分接头可以从阴极集电器的上端一体地延伸。在另一形式中，通过圆柱形单元电池的底部向外突出并且与阳极集电板电接触的阳极集电分接头可以从阳极集电器的下端一体地延伸。
在本公开的一些形式中，阴极集电分接头可以从阴极集电器的上端以一种或两种以上带状一体地延伸，并且阳极集电分接头可以从阳极集电器的下端以一种或两种以上带状一体地延伸。
在本公开的一些形式中，圆柱形单元电池可以以预定高度卷绕，使得在将空气通过圆柱形单元电池的顶部和底部供应至暴露于外部的阴极之后，空气可以扩散遍及阴极的区域。
在一些形式中，阳极集电器的阳极集电分接头可以采用铜箔。
在一些形式中，阴极集电器和阴极集电分接头可以是以金属泡沫或金属网结构制造的，该金属泡沫或金属网结构具有用于阴极的空气扩散的多孔空气扩散路径。
在一些形式中，外壳可以由绝缘聚合物或涂覆有绝缘聚合物的金属材料制成。
在一些形式中，阴极集电板和阳极集电板可以是具有若干用于气流的通气孔的导电金属板。
在另一形式中，当每个具有圆柱形单元电池的集电箱堆叠时，堆叠盖可以从阴极集电板的中心向上突出以在彼此面对的阴极集电板与阳极集电板之间形成空气通道。
在本公开的其他形式中，锂空气电池包包括：圆柱形单元电池，由堆叠在隔膜的第一侧上的阳极、堆叠在隔膜的第二侧上的阴极、堆叠在阳极的外侧上的阳极集电器和堆叠在阴极的外侧上的阴极集电器形成，其中，阳极、阴极、阳极集电器和阴极集电器被配置为圆柱形地卷绕阴极集电杆并且与阴极集电器的外侧形成紧密接触；以及集电箱，被配置为接纳圆柱形单元电池并且包括：外壳，围绕圆柱形单元电池的周缘部分以能够使圆柱形单元电池绝缘；阴极集电板，附接至外壳的顶部，定位在圆柱形单元电池的顶部的上方，以及与通过圆柱形单元电池的顶部暴露的阴极集电杆电连接；以及阳极集电板，附接至外壳的底部，定位在圆柱形单元电池的底部的下方，并且与通过圆柱形单元电池的底部暴露的阳极集电器电连接。
在一些形式中，阴极集电杆可以被定位在圆柱形单元电池的中心处，并且阴极集电杆的上端被配置为通过圆柱形单元电池的顶部向外突出以与阴极集电板电接触。通过圆柱形单元电池的底部向外突出并且与阳极集电板电接触的阳极集电分接头可以从阳极集电器的下端一体地延伸。
阳极集电分接头可以从阳极集电器的下端以一种或两种以上带状一体地延伸。
圆柱形单元电池可以以预定高度卷绕，使得在将空气通过圆柱形单元电池的顶部和底部供应至暴露于外部的阴极之后，空气能够扩散遍及阴极的区域。
阳极集电器的阳极集电分接头可以采用铜箔。
阴极集电器可以是以金属泡沫或金属网结构制造的，该金属泡沫或金属网结构具有用于阴极的空气扩散的多孔空气扩散路径。
外壳可以由绝缘聚合物或涂覆有绝缘聚合物的金属材料制成。
阴极集电板和阳极集电板可以是具有若干用于气流的通气孔的导电金属板。
当每个具有圆柱形单元电池的集电箱堆叠时，堆叠盖可以从阴极集电板的中心向上突出以在彼此面对的阴极集电板与阳极集电板之间形成空气通道，并且堆叠盖与阴极集电杆电接触。
在一种形式中，集电杆插入槽形成在堆叠盖的底面上，并且阴极集电杆的上端插入集电杆插入槽同时与堆叠盖的底面建立电接触。
仅使空气穿过的绝缘膜可以插入在圆柱形单元电池的顶部与阴极集电板的底部之间和圆柱形单元电池的底部与阳极集电板的顶部之间。
本公开提供了来自以上所描述的目标的下面的效果。
首先，通过圆柱形地卷绕锂空气电池的部件形成圆柱形单元电池，并且将该圆柱形单元电池封装在集电箱中，该集电箱具有通过其使空气上下左右循环的结构，由此，能够通过圆柱形单元电池的两侧(顶部和底部)而不是通过周缘表面将空气供应并且扩散至阴极。
第二，圆柱形单元电池通过圆柱形卷绕锂空气电池的部件形成，并且阴极集电器的阴极集电分接头和阳极集电器的阳极集电分接头通过圆柱形单元电池的两侧(顶部和底部)而不是通过周缘表面向外突出，由此能够通过圆柱形单元电池的两侧有效地执行电流收集。
第三，即使其中每个具有圆柱形单元电池的集电箱上下左右堆叠，但通过集电箱形成的通气孔来诱导上下气流，并且由在集电箱之间形成的左右空气通道来诱导左右气流，因此能够很好地将空气供应并且循环至阴极。
第四，通过其中每个具有圆柱形单元电池的集电箱上下左右堆叠，使得若干圆柱形单元电池由集电箱串联连接，由此能够很好地执行用于若干圆柱形单元电池的电流收集。
进一步的应用领域将从本文所提供的描述中变得显而易见。应理解，描述和具体实例仅旨在用于说明目的，并不是旨在限制本公开的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开内容，参考附图，现在将对通过示例的方式给出的其各种形式进行描述，其中：
图1和图2是示出制造本公开的一种形式的锂空气电池包的部件的圆柱形单元电池的过程的透视图；
图3和图4是示出制造根据本公开的另一形式的锂空气电池包的部件的圆柱形单元电池的另一过程的透视图；
图5是示出本公开的一种形式的锂空气电池包的部件的集电箱的透视图；
图6是示出根据本公开的一种形式的锂空气电池包的封装完成状态的截面图；
图7和图8是示出根据本公开的另一形式的锂空气电池包的部件的制造圆柱形单元电池的过程的实例的透视图；
图9是示出根据本公开的另一形式的锂空气电池包的圆柱形单元电池和集电箱的单独透视图；
图10和图11是示出根据本公开的另一形式的锂空气电池包的包完成状态的截面图；以及
图12是示出锂空气电池包装上下左右堆叠的实例的截面图。
本文中所描述的附图仅用于说明目的，并不旨在以任何方式限制本公开内容的范围。
具体实施方式
下面描述本质上仅为示例性的，并不旨在限制本公开、应用或用途。应当理解，贯穿附图，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的示例性形式。
下面描述根据本公开的一种形式的铝空气电池包。
图1和图2是示出制造根据本公开的一个形式的锂空气电池包的部件的圆柱形单元电池的过程的实例的透视图，以及图3和图4是示出制造根据本公开的另一形式的锂空气电池包的部件的圆柱形单元电池的过程的另一实例的透视图，其中，附图中的附图标记10表示隔膜。
隔膜10被切割成具有预定长度和高度并且浸渍有电解质。
通常，锂箔类型的阳极12附接至隔膜10的第一侧，并且作为阴极14(其是空气电极)的活性材料(诸如，CNT基材料、石墨基材料、或现有的导电科琴黑(Ketjen Black，KB)或乙炔黑(AB))堆叠在第二侧上。
铜箔类型的阳极集电器16堆叠在阳极12的外侧上，并且由多孔导电金属(例如，镍和不锈钢)制成的用于空气扩散的阴极集电器18堆叠在阴极14的外侧上。
当阳极12和阴极14分别堆叠在隔膜10的两侧上时，它们可以以相同于或小于隔膜10的长度和高度的长度和高度堆叠。
具体地，阳极集电分接头16-1从阳极集电器16的下端一体地延伸。
当铜箔用作阳极集电器16时，将其切割成使得由相同材料制成的阳极集电分接头16-1从阳极集电器16的下端一体地延伸，由此阳极集电分接头16-1可以以一种或两种以上矩形带状从阳极集电器16的下端一体地延伸。
此外，阴极集电分接头18-1从阴极集电器18的上端一体地延伸。
当通过使用导电金属(例如，镍和不锈钢)形成内部和外部具有多孔空气扩散路径的金属泡沫型或使用导电金属(例如，镍和不锈钢)制造具有多孔空气扩散路径的金属网型来形成阴极集电器18时，阴极集电分接头18-1进一步从阴极集电器18的上端一体地延伸。
因此，阴极集电分接头18-1可以从阴极集电器18的上端以一种或两种以上矩形带状延伸。
如上所描述，堆叠在隔膜10的第一侧上的阳极12、堆叠在膜10的第二侧上的阴极14、堆叠在阳极12的外侧上的阳极集电器16和堆叠在阴极14的外侧上的阴极集电器18被平坦地布置并且以圆柱形状卷绕，由此完成构成锂空气电极的单元的圆柱形单元电池100。
圆柱形单元电池100以预定高度卷绕，使得在将空气通过圆柱形单元电池100的顶部和底部供应至暴露于外部的阴极14之后，空气能够扩散遍及阴极14的区域。原因是因为如果圆柱形单元电池100的高度太高，即使供应空气，空气也不能很好地扩散遍及阴极14的区域。
在这种情况下，阴极集电分接头18-1通过圆柱形单元电池100的顶部向外突出，并且阳极集电分接头16-1通过圆柱形单元电池100的底部向外突出。
在一种形式中，如图2所示，一个阴极集电分接头18-1和一个阳极集电分接头16-1可以分别通过圆柱形单元电池100的顶部和底部突出。在另一形式中，如图4所示，多个阴极集电分接头18-1和多个阳极集电分接头16-1可以分别通过圆柱形单元电池100的顶部和底部突出。
如上所描述，由于阴极集电器18的阴极集电分接头18-1和阳极集电器16的阳极集电分接头16-1通过圆柱形单元电池100的两侧(例如，顶部和底部)而不是通过周缘表面向外突出，因此能够通过圆柱形单元电池100的两侧充分地执行电流收集。
在另一形式中，锂空气电池包包括集电箱200，圆柱形单元电池100设置在该集电箱中。
集电箱200被制造为具有用于对圆柱形单元电池100进行放电和充电的集电结构以及用于在上下方向和左右方向上堆叠圆柱形单元电池100的堆叠结构。
为此，如图5所示，集电箱200包括：外壳210，围绕圆柱形单元电池100的周缘部分以能够使其绝缘；阴极集电板220，附接至外壳210的顶部；以及阳极集电板230，附接至外壳210的底部。
外壳210由绝缘聚合物或涂覆有绝缘聚合物的金属材料制成以抑制或防止阴极集电板220与阳极集电板230之间电短路，并且外壳210与圆柱形单元电池100的周缘表面紧密接触。
换句话说，圆柱形单元电池100插入在外壳210中，并且圆柱形单元电池100的周缘部分与外壳210的内侧紧密贴合。
阴极集电板220附接至外壳210的顶部，并且被定位在圆柱形单元电池100的顶部的上方。并且阴极集电板220电连接至通过圆柱形单元电池100的顶部暴露的阴极集电器18。
更详细地，如图6所示，在阴极集电器18的上端处一体地形成并且通过圆柱形单元电池100的顶部向外突出的阴极集电分接头18-1与阴极集电板220的底部电接触。
附接至外壳210的底部的阳极集电板230被定位在圆柱形单元电池100的底部的下方，并且与通过圆柱形单元电池100的底部暴露的阳极集电器16电连接。
更详细地，如图6所示，在阳极集电器16的下端处一体地形成并且通过圆柱形单元电池100的底部向外突出的阳极集电分接头16-1与阳极集电板230的顶部电接触。
集电箱200的阴极集电板220和阳极集电板230是具有用于空气流动的若干通气孔222和232的导电板，使得分别将空气供应并循环至阴极14和阴极集电器18。
堆叠盖224从集电箱200的阴极集电板220的中心向上突出。
因此，如图12所示，当其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠时，空气通道240形成在通过堆叠盖224的高度彼此面对的阴极集电板220与阳极集电板230之间。
因此，即使其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200是上下左右堆叠的，也能够使空气通过空气通道240通过左右堆叠的集电箱200循环，并且能够将空气通过阴极集电板220的通气孔222供应至阴极14和阴极集电器18。
如上所描述，圆柱形单元电池100封装在具有使空气通过其上下左右循环的结构的集电箱200中，由此能够通过圆柱形单元电池100的两侧(顶部和底部)而不是周缘表面将空气供应并扩散至阴极。
换句话说，即使其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠，通过集电箱200的阴极集电板220和阳极集电板230形成的通气孔222、232来诱导上下气流，并且由集电箱200之间形成的左右空气通道来诱导左右气流，因此能够很好地将空气供应并且循环至阴极14。
进一步，如图12所示，每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠使得若干圆柱形单元电池100由集电箱200串联连接，由此能够很好地执行用于若干圆柱形单元电池100的电流收集。
下面描述根据本公开的另一形式的锂空气电池包。
图7和图8是示出根据本公开的另一形式的锂空气电池包的部件的圆柱形单元电池的制造过程的实例的透视图，其中，参考标号20表示阴极集电杆。
根据本公开的另一形式的锂空气电池包的特征在于，圆柱形单元电池100采用阴极集电杆20作为用于阴极电流收集的部件。
参考图7，通过平坦地布置堆叠在隔膜10的第一侧上的阳极12、堆叠在隔膜10的第二侧上阴极14、堆叠在阳极12的外侧上的阳极集电器16和堆叠在阴极14的外侧上的阴极集电器18，并且然后将它们用与阴极集电器18的外侧紧密接触的阴极集电杆20卷绕，来完成根据本公开的另一形式的圆柱形单元电池100作为构成锂空气电池的一个单元。
隔膜10被切割成具有预定长度和高度并且浸渍有电解质。
通常，锂箔类型的阳极12层叠并且附接至隔膜10的第一侧，并且作为阴极14(其是空气电极)的活性材料(诸如，CNT基材料、石墨基材料、或现有的导电科琴黑(KetjenBlack，KB)或乙炔黑(AB))堆叠在第二侧上。
铜箔类型的阳极集电器16堆叠在阳极12的外侧上，并且由多孔导电金属(例如，镍和不锈钢)制成的用于空气扩散的阴极集电器18堆叠在阴极14的外侧上。
当阳极12和阴极14分别堆叠在隔膜10的两侧上时，它们可以以相同于或小于隔膜10的长度和高度的长度和高度堆叠。
具体地，阳极集电分接头16-1从阳极集电器16的下端一体地延伸。
当铜箔用作阳极集电器16时，将其切割成使得由相同材料制成的阳极集电分接头16-1从阳极集电器16的下端一体地延伸，由此阳极集电分接头16-1可以以一种或两种以上矩形带状从阳极集电器16的下端一体地延伸。
阴极集电器18可以通过使用导电金属(例如，镍和不锈钢)形成内部和外部具有多孔空气扩散路径的金属泡沫类型来形成，或者通过使用导电金属(例如，镍和不锈钢)形成具有多孔空气扩散路径的金属网类型来制造。
如上所描述，由于阴极集电杆20与阴极集电器18电接触，并且阳极集电器16的阳极集电分接头16-1通过圆柱形单元电池100的两侧(例如，顶部和底部)而不是通过圆周表面向外突出，因此能够通过圆柱形单元电池100的两侧充分地执行电流收集。
根据本公开的另一形式的锂空气电池包还包括集电箱200，其中，圆柱形单元电池100设置在该集电箱中。
集电箱200被制造为具有用于对圆柱形单元电池100进行放电和充电的集电结构以及用于上下左右堆叠圆柱形单元电池100的堆叠结构。
为此，如图9所示，集电箱200包括：外壳210，围绕圆柱形单元电池100的周缘部分以能够使其绝缘；阴极集电板220，附接至外壳210的顶部；以及阳极集电板230，附接至外壳210的底部。
外壳210由绝缘聚合物或涂覆有绝缘聚合物的金属材料制成以抑制或防止阴极集电板220与阳极集电板230之间电短路，并且与圆柱形单元电池100的周缘表面紧密接触。
换句话说，圆柱形单元电池100插入在外壳210中，并且圆柱形单元电池100的周缘部分与外壳210的内侧紧密贴合。
阴极集电板220附接至在外壳210的顶部，被定位在圆柱形单元电池100的顶部的上方，并且电连接至通过圆柱形单元电池100的顶部暴露的阴极集电杆20。
堆叠盖224从集电箱200的阴极集电板220的中心向上突出，并且集电杆插入槽226形成在堆叠盖224的底面上。阴极集电杆20的上端插入集电杆插入槽226中，并且因此与堆叠盖224形成电接触。
因此，如图10所示，通过圆柱形单元电池100的顶部向外突出的阴极集电杆20的上端电插入在与其接触的堆叠盖224上形成的集电杆插入槽226中。
阳极集电板230附接至在外壳210的底部，被定位在圆柱形单元电池100的底部的下方，并且电连接至通过圆柱形单元电池100的底部暴露的阳极集电器16。
更详细地，如图10所示，一体地形成在阳极集电器16的下端处并且通过圆柱形单元电池100的底部向外突出的阳极集电分接头16-1与阳极集电板230的顶部电接触。
集电箱200的阴极集电板220和阳极集电板230是具有用于空气流动的若干空气通孔222和232的导电板，使得分别将空气供应并且循环至阴极14和阴极集电器18。
同时，如图11所示，仅使空气穿过的绝缘膜250也可以进一步插入在圆柱形单元电池100的顶部与阴极集电板220的底部之间和圆柱形单元电池100的底部与阳极集电板230的顶部之间。
绝缘膜250仅使空气穿过，使得能够很好地将空气供应至阴极并且防止在圆柱形单元电池100中包括的隔膜10的电解质挥发和泄漏。
类似地，在本公开的另一形式中，如图12所示，其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠，空气通道240形成在通过堆叠盖224的高度彼此面对的阴极集电板220与阳极集电板230之间。
因此，即使其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠，也能够使空气通过空气通道240通过左右堆叠的集电箱200循环，并且能够将空气通过阴极集电板220的通气孔222供应至阴极14和阴极集电器18。
如上所描述，圆柱形单元电池100封装在具有通过其使空气上下左右循环的结构的集电箱200中，由此能够通过圆柱形单元电池100的两侧(顶部和底部)而不是周缘表面将空气供应并扩散至阴极。
换句话说，即使其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠，通过集电箱200的阴极集电板220和阳极集电板230形成的通气孔222、232来诱导上下气流，并且由集电箱200之间形成的左右通气孔240来诱导左右气流，因此能够很好地将空气供应并且循环至阴极14。
进一步，如图12所示，其中每个具有圆柱形单元电池100的集电箱200上下左右堆叠使得若干圆柱形单元电池100由集电箱200串联连接，由此能够很好地执行用于若干圆柱形单元电池100的电流收集。
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