[發明專利]電極組件、鋰氧薄膜電池及制備方法

有效

• 申請號: 201610940645.2
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN108023145B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 童圣富;吳明娒;吳啟麗;孟玉英;呂陽陽;田王昊;鹿大川;李軍;王華兵
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/48
• 代理公司: 11514 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司
• 代理人: 李向英<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種電極組件、鋰氧薄膜電池及制備方法，電極組件包括絕緣襯底、正極薄膜層、負極薄膜層和保護層，正極薄膜層和負極薄膜層位于所述絕緣襯底的同一表面，且正極薄膜層和負極薄膜層之間具有間距，保護層位于負極薄膜層的上表面。該電極組件結構簡單，為原位表征提供了可靠的平臺，尺寸可調控范圍大，材料利用率高，且制備方法簡單快速，采用該電極組件制成的鋰氧薄膜電池便于進行集成化設計以及實現電池便攜式處理。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種電極組件、鋰氧薄膜電池及制備方法。

背景技術

隨著電動交通工具的推廣和飛速發展，對于可移動化學電源的性能提出了新的要求。不僅要求更高的能量密度來提供持久動力，同時也要求較高的功率密度來滿足快速啟動和加速、爬坡時的高功率需求。因而具有高能量密度和大功率密度的新型化學電源已在全球范圍內成為研究熱點。鋰氧電池因具有超高理論能量密度而受到廣泛關注，有望成為未來電池的主流趨勢。然而現有的鋰氧電池的實際能量密度、充放電效率、循環壽命等性能還不理想，嚴重限制其發展和應用。影響鋰氧電池性能的因素較多，關鍵因素包括電極材料、電解液等方面，因而篩選更穩定有效的電極材料和電解液成為重點。

現有的鋰氧電池主要參考扣式鋰離子電池的結構，由上到下依次包括開孔的正極電池殼、正極片、浸有電解液的隔膜、負極片(鋰片)、墊圈、彈簧片、負極殼，其存在如下問題：

1、正極片的制備和電池組裝過程都較復雜，耗時長，時間成本高；

2、電池的尺寸較大，研究電池性能時所需材料較多，如電極、電解液、集流體等，研究成本高，且礙于結構限制，尺寸難以縮小；

3、由于鋰氧電池的界面反應機理有待進一步研究和闡述，原位表征手段是最常用，也是最有效的界面反應機理研究方法，而現有的電池尺寸較大，且對充放電性能測試過程中的電池材料如電極、電解液等進行如SEM、STEM、XRD等表征時需要拆開甚至破壞電池，無法對其進行原位表征，難以快速有效地研究鋰氧電池的界面反應機理及電池材料在充放電過程中的變化；

4、正極片的制備一般是將活性物質、粘結劑、導電劑等混合后涂抹于集流體，一是粘結劑、導電劑、集流體等均可能對電池性能有影響，難以單獨研究正極活性材料或電解液等對電池性能的影響，二是正極片的形貌、活性物質負載量等難以控制，增加了電池變量，上述兩方面均增大了篩選電極材料和電解液的難度。

亟待一種制備工藝簡單、尺寸可調控、便于原位表征、能快速有效地研究電池性能進而指導電池材料的篩選和改進的新型結構的鋰氧電池。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種電極組件、鋰氧薄膜電池及制備方法，該電極組件結構簡單，為原位表征提供了可靠的平臺，尺寸可調控范圍大，材料利用率高，且制備方法簡單快速，采用該電極組件制成的鋰氧薄膜電池便于進行集成化設計以及實現電池便攜式處理。

第一方面，本發明提供了一種電極組件，包括絕緣襯底、正極薄膜層、負極薄膜層和保護層，所述正極薄膜層和所述負極薄膜層位于所述絕緣襯底的同一表面，且所述正極薄膜層和所述負極薄膜層之間具有間距，所述保護層位于所述負極薄膜層的上表面。

優選的，所述正極薄膜層的材料為具有催化氧還原反應能力的下述物質中的至少一種：金屬、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮化物和金屬碳化物。

優選的，所述金屬包括鉑、金、鈀、釕中的一種或多種；所述過渡金屬氧化物包括鈷氧化物、錳氧化物、鐵氧化物、鎳氧化物中的一種或多種。

優選的，所述負極薄膜層的材料為金屬鋰或含金屬鋰的合金；所述保護層的材料為金屬鋁。

優選的，所述正極薄膜層的厚度為50～200nm，進一步優選為100nm；所述負極薄膜層的厚度為50～200nm，進一步優選為100nm；所述保護層的厚度為100～250nm，進一步優選為150nm。