[发明专利]一种锂空气电池组

说明书

本发明涉及一种锂空气电池组。该锂空气电池组由单体电池、气体扩散单元、金属连接条、外壳、电连接器、上盖组成。多个单体电池通过金属连接条进行并联连接，成组后在单体电池之间通过气体扩散单元实现气体在电池组内部的扩散。组装好的电池组放入外壳，其中外壳体侧面有透气孔，可以实现外部气体扩散至电池组内部，端板有电池连接串口，可实现对电池组的充放电工作和电流、电压采集。该装置具有开放式结构，保证了气体在电池组内部的扩散，并且电池组的组装方式简单、易操作，在保证电池组性能正常发挥的前提下，有效降低了电池组中非活性结构件所占重量比，大大提高了电池组的能量密度，适合锂空气电池组的制备与测试。

技术领域

本发明涉及一种锂空气电池组，属于化学电源领域。

背景技术

采用金属锂作为负极的锂空气电池是目前理论能量密度最高的化学储能器件之一，锂具有最高的理论电压和电化当量，正极材料活性物质氧气可以从环境中无限制的获得，如果计入来自于空气的反应物氧气的质量，理论能量密度能达到3458Wh/kg(基于反应产物为Li₂O₂)，理论比能量高于其他金属空气电池，是未来化学电源发展的方向。

锂空气电池具有很高的理论能量密度，但在电池器件研究中面临着许多挑战，如实际比能量远低于理论值，预期锂空气电池实际能量密度能达到 500-1000Wh/kg，与理论值存在较大的差距。目前大多数锂空气电池研究使用的模具主要分为Swagelok电池模具和扣式电池模具。但这两种模具都只适用于少量材料的小容量电池的测评，对大容量电池特别是电池组的制备与测试研究较少，缺少相关制备方法及装置。宝马股份公司的一篇公开日为 2017年2月22日，公开号为CN106463803A文件中提出了一种锂空气电池组，由空气至少部分填充的气体扩散层、电解质部分浸渍过的过滤片、锂基金属负极组成，封装成电池组。该文件主要是在电池内部的空气电极、电解质、负极等进行了描述，对于电池组的组装、结构、封装等未进行详细描述，没有提出锂空气电池组的制备方法及装置。中国科学院长春应用化学研究所的一篇授权公告日为2015年5月20日，授权公告号为CN103311603B文件中报道了一种锂-空气二次电池组，由多组可拆装的电池组模块串/并联后，置于带孔电池组外壳中组装而成。可拆装的电池组模块是由一个底座壳体、多个组装壳体及电池固定组件，依次进行叠加组装成的。电池组的结构较复杂，组装工序多，并且壳体和电池固定组件这些非活性结构件在整个电池组中所占的体积和质量比都比较大，降低了电池组的质量能量密度和体积能量密度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对大容量锂空气电池及电池组的开发经验少的现状，本发明设计了一种锂空气电池组，与现有技术相比，该电池组可以有效解决气体在单体电池之间的扩散问题，可以实现氧气在电池组内部的扩散，有效提高电池组的放电容量和放电能量。同时该测试装置具有重量轻、成本低、装配简单，可以在保证电池组性能优异发挥的条件下，同时提高电池组的能量密度。

本发明的技术解决方案是：

一种锂空气电池组，包括：单体电池、气体扩散单元、金属连接条、外壳、电连接器、上盖；

多个单体电池并列在一起放置，相邻单体电池之间设置有三维网络结构的气体扩散单元，且处于两端的单体电池外侧同样设置有气体扩散单元；通过金属连接条将多个单体电池焊接连接在一起形成电池组放入外壳内，多个单体电池为并联关系；外壳端板上安装有电连接器，通过导线与金属连接条连通，上盖用于将外壳封闭；外壳的侧面上均设置有多个通气孔，该锂空气电池组工作时，空气通过所述通气孔进入壳体内部，进气方向正对壳体内部的并列在一起的单体电池侧方，空气通过气体扩散单元在单体电池之间自扩散。

进一步的，所述的气体扩散单元采用碳纸、碳布、钛网或铝网。

进一步的，所述外壳上两个侧面设置的通气孔为矩阵阵列形式。

进一步的，所述外壳采用凯夫拉、碳纤维、锂铝合金、有机玻璃、聚四氟乙烯、镁合金、钛合金、聚偏氟乙烯或聚苯乙烯材料。