[发明专利]一种通用型金属二次电池结构及其运行方法

说明书

本发明公开了一种通用型金属二次电池结构及其运行方法，包括负极载体、滚笼、从动齿轮、主动齿轮与电池外壳，所述从动齿轮啮合主动齿轮的位置，所述从动齿轮位于滚笼的外壁，所述负极载体位于滚笼的内部，所述电池外壳上定位有排气安全阀、出液口与注液口，所述电池外壳底部安装有挡板，所述挡板上设置有滤网，所述挡板的底部位置设置有缓冲区域，所述电池外壳内部设置有负极室与电解液。本发明所述的一种通用型金属二次电池结构及其运行方法，是一种通用型的解决方案，使用不同的负极、电解液、隔膜和正极的组合，可以制成不同的电池，可以解决充电时金属阴极枝晶生成的问题，同时也可以解决负极变形、钝化等问题。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别涉及一种通用型金属二次电池结构及其运行方法。

背景技术

以金属为储能负极的电池在充电的过程中，电解液中的金属离子往负极上沉积时，很容易形成树枝状结晶，简称“枝晶”，在电场作用下枝晶从负极向正极生长，当碰到正极时会短路，从而引发起火燃烧爆炸等事故，设计电池时，通常使用多孔的隔膜来阻挡枝晶，但隔膜经常被枝晶“刺破”，事实上，隔膜并不一定是被物理刺破的，枝晶的生长是原子的累积形成的，隔膜上的微孔对于原子大小来说依然非常大，金属晶体依然会在孔内生长，越过隔膜后依然会向着正极生长，所以多孔隔膜既不能治标，也不能治本。使用无孔的隔膜时不能透过离子，也就不能导电，电荷绕过隔膜在电解液中移动来形成电流，通过拉长枝晶的生长距离来避免短路，但同样的，电荷的迁移路程也大大增加，电池内阻也大大增大，也有通过向电解液中添加添加剂来抑制枝晶的生成，但是如果添加剂会随着电解消耗，电池会很快失效，充放电循环性能会没办法满足要求，因为电池内的添加剂一般是不能补充的。

现有的通用型金属二次电池结构在使用时存在一定的弊端，由于没办法解决枝晶的问题，锌电池被发明百多年的时间，仍然只能作为一次电池使用，没办法充电，锂金属电池也是只能做成一次电池，不能充电。锂离子电池作为二次电池使用，但是其原理是锂在正极和负极的嵌入脱出来充放电的，是一种浓差电池，锂离子电池正极材料主要有锰酸锂、钴酸锂、磷酸铁锂以及三元材料Li(NixCoyMnz )O₂，简称 NCM（2），但这些正极材料的实际比容量已经接近理论值，难以满足更高的需求。而且锂离子电池一样面临枝晶的困扰，枝晶的生成依然是锂离子电池循环寿命缩短的主要因素之一，同样的，钠离子电池，镁离子电池，铝离子电池在研发的过程中，一样面临枝晶问题的困扰，另外，充电时负极作为阴极沉积金属，而在放电时，负极又作为阳极溶解，阴极和阳极电流密度的分布是不一样的，电流效率也有差异，在多次循环以后，多种因素的累加，有些区域会变得越来越厚，有些区域会变得越来越薄，负极极板会发生变形，充放电时，金属储能材料溶解时表面会形成氧化物、氢氧化物等不溶化合物，这些化合物不能尽快离开表面，就会导致钝化，电阻增大导致电流密度降低，影响电池性能，给人们的使用过程带来了一定的不利影响，为此，我们提出一种通用型金属二次电池结构及其运行方法。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通用型金属二次电池结构及其运行方法，是一种通用型的解决方案，使用不同的负极、电解液、隔膜和正极的组合，可以制成不同的电池，可以解决充电时金属阴极枝晶生成的问题，同时也可以解决负极变形、钝化等问题，可以有效解决背景技术中的问题。

（二）技术方案

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种通用型金属二次电池结构，包括负极载体、滚笼、从动齿轮、主动齿轮与电池外壳，所述从动齿轮啮合主动齿轮的位置，所述从动齿轮位于滚笼的外壁，所述负极载体位于滚笼的内部，所述电池外壳上定位有排气安全阀、出液口与注液口，所述电池外壳底部安装有挡板，所述挡板上设置有滤网，所述挡板的底部位置设置有缓冲区域，所述电池外壳内部设置有负极室与电解液。

作为本申请一种优选的技术方案，所述电池外壳上安装有正极导线，所述电池外壳内侧安装有隔膜、正极与正极室，所述滚笼上安装有负极集电体，所述负极集电体上安装有负极导线，所述主动齿轮上设置有磁铁，所述主动齿轮的后端设置有电机。