[發明專利]鋰空氣電池及其制作方法

有效

• 申請號: 201110274530.1
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN103000971A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 喬貞美;吳生先;張會平;李志華;任曉玲;余修濤
• 申請（專利權）人: 北汽福田汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉

技術領域

本發明涉及空氣電池領域，特別涉及一種鋰空氣電池及制作該鋰空氣電池的方法。

背景技術

有機體系鋰空氣電池在當前諸多的電池體系中具有較高的能量密度，理論能量密度為5200Wh/kg，在實際應用中，氧氣由外界環境提供，因此，排除氧氣的質量后，有機系鋰空氣電池的能量密度達到11140Wh/kg，高出現有電池體系的1-2個數量級。因此，目前作為超越正被廣泛應用的鋰離子電池的高容量二次電池而備受關注。

然而，鋰空氣電池的研究剛剛起步，其應用仍面臨著巨大的挑戰。其中，在開放的在空氣氣氛下工作時，鋰空氣電池需要解決如何防止水汽進入電解液的問題，這是因為，有機液體電解液體系容易吸收水分而導致鋰負極在空氣中腐蝕。另外，通常的有機液體電解質存在容易揮發的問題，從而會影響電池的容量、使用壽命及電池的安全性。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種能在敞開的空氣環境中穩定工作的鋰空氣電池。

本發明的另一目的在于提出一種鋰空氣電池的制作方法。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種鋰空氣電池，包括空氣正極、鋰負極以及填充在所述空氣電極和鋰負極之間的有機電解液，其中，在所述空氣電極的鄰近所述有機電解液的一側表面上設置有固體電解質層。

根據本發明第一方面實施例的鋰空氣電池，由于在空氣正極的鄰近所述有機電解液的一側表面上設置有固體電解質層，該固體電解質層既防止有機電解液向空氣中揮發也可以抑制空氣中的水分進入鋰空氣電池內部，從而使得鋰空氣電池能在敞開的工作環境中穩定工作。

另外，根據本發明上述實施例的鋰空氣電池還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述空氣正極包括金屬鋁箔和形成于所述金屬鋁箔上的氧催化劑層。

根據本發明的一個實施例，所述氧催化劑層由載體和氧催化劑材料形成，所述氧催化劑材料選自鉑納米顆粒、金納米顆粒、α-MnO₂納米顆粒、β-MnO₂納米顆粒、γ-MnO₂納米顆粒、MoN納米顆粒、MnN納米顆粒、三元金屬氮化物中的一種或幾種材料形成。

根據本發明的一個實施例，所述氧催化劑層中氧催化劑材料的質量含量為為氧催化劑層總質量的5％以下。

根據本發明的一個實施例，所述固體電解質層由摻雜有過渡金屬元素的氮化磷酸鋰構成，所述過渡金屬元素包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au中的一種或多種。

根據本發明的一個實施例，在所述摻雜有過渡金屬元素的氮化磷酸鋰中，所述過渡金屬元素的含有率相對于磷原子為1-50原子％。

根據本發明的一個實施例，所述固體電解質層由Li_2.8PO_3.45N_0.3PT_0.2構成。

根據本發明的一個實施例，所述固體電解質層的厚度為0.1-0.2微米。

本發明第二方面提出鋰空氣電池的制作方法，包括以下步驟：a)提供空氣正極；b)在所述空氣正極的表面上沉積固體電解質層；以及c)將沉積有所述固體電解質層的空氣正極、有機電解液以及鋰負極依序裝配成鋰空氣電池，其中所述空氣電極的沉積有固體電解質層一側表面與所述有機電解液相鄰。

根據本發明第二方面實施例的鋰空氣電池的制作方法，通過在空氣正極的鄰近有機電解液的一側表面上設置固體電解質層，可以防止有機電解液向空氣中揮發，同時抑制空氣中的水分進入鋰空氣電池內部，從而使得鋰空氣電池能在敞開的工作環境中穩定工作。

另外，根據本發明上述實施例的鋰空氣電池的制作方法還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述步驟a)包括：a-1)提供多孔鋁箔基底；a-2)對所述多孔鋁箔基底進行清洗并干燥；a-3)從所述多孔鋁箔基底上引出正極引出線；以及a-4)在所述多孔鋁箔基底上設置氧催化劑層，得到空氣正極。

根據本發明的一個實施例，在步驟a-2)中，對所述多孔鋁箔基底用丙酮進行清洗后再使用蒸餾水清洗3-5次。

根據本發明的一個實施例，在步驟a-3)中，在所述多孔鋁箔基底上焊接鎳片作為正極引出線。