[發明專利]一種可快速封裝的雙面軟包鋰空氣電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201611237891.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106784422B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 趙尚騫;張立;孫浩博;張剛寧;李久銘;楊容;唐玲;莊衛東;李永偉;盧世剛
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M2/02
• 分類號: H01M2/02;H01M4/36;H01M4/62;H01M4/66;H01M12/08
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 商曉莉

本發明公開了一種可快速封裝的雙面軟包鋰空氣電池及其制備方法，該電池由上透氣膜、上壓敏膠黏層、上正極集流體、正極材料、隔膜、鋰負極、隔膜、正極材料、下正極集流體、下壓敏膠黏層、下透氣膜依次序層疊并注入電解液封裝而成。相比于以往設計，本發明所述電池通過上壓敏膠黏層和下壓敏膠黏層的邊緣直接粘合實現快速封裝，無需采用熱封；另一方面本發明所述透氣膜與正極集流體緊密貼合在一起，使鋰空氣電池具有反應均勻、比能量高、一致性好等優點。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，特別是涉及一種可快速封裝的雙面軟包鋰空氣電池及其制備方法。

背景技術

鋰空氣電池是一種以金屬鋰或含鋰合金作為負極，以空氣中的氧氣作為正極反應物的一種高比能化學電源，其具有超高比能、環境友好、成本低廉等一系列獨特優點。作為一種極有前景的新體系電池，各國技術路線圖均明確地將鋰空氣電池作為未來新電池體系研發的重點方向之一，其在動力電源、航空航天、國家安全、大型儲能電站等諸多領域具有廣泛的應用前景。

由于鋰空氣電池的正極反應物是空氣中的氧氣，電池放電時，氧氣從外界進入到正極處發生氧還原反應(ORR)；電池充電時，氧氣從正極處析出(OER)。目前對于大容量鋰空氣電池，多采用軟包式鋰空氣電池，電池采用“透氣膜-正極-隔膜-負極…”疊片式設計，在電池工作時，氧氣通過透氣膜進入電池內部到達正極，同時電池需要封裝以防止電解液泄露。傳統的軟包鋰空氣電池封裝工藝較為復雜，如在專利CN201410066661.4中，為同時達到氣體交換和封裝的目的，該專利在封裝材料鋁塑膜上開洞，用透氣膜覆蓋孔洞并密封邊緣，這種做法工藝較復雜且氧氣僅能從開洞處進出電池，不利于大面積空氣正極的均勻反應。另外，鋁塑膜等熱封膜在封裝時需要在高溫下熱封，如鋁塑膜要在150～200℃溫度下熱壓數秒，由于有機電解液體系的沸點較低(如DME：83℃，DMC：90℃,DMSO：189℃)，熱封易導致電解液揮發甚至分解。

當前，針對鋰空氣電池用的透氣膜已有相關的研究，如在專利CN201410146107.7中，研究者通過在聚偏氟乙烯中引入石墨、乙炔黑和硫酸鈉，制備出致密且具有防水透氣功能的透氣膜。但是，目前已有研究并未考慮透氣膜與空氣正極間分層對空氣正極均勻反應及容量的影響，由于在充電時空氣正極處放電產物氧化產生氧氣，鋰負極在有水份存在的情況下會發生析氫反應，產生氫氣，這些氣體容易富集在透氣膜與空氣正極之間，導致透氣膜與空氣正極間出現分層，產生不均勻的縫隙，繼而導致后續反應時，氧氣很難通過透氣膜均勻到達空氣正極，最終導致正極反應不均勻，部分區域容量無法有效發揮；同時層間縫隙降低了氧氣與空氣正極間氣體交換的速率。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種可快速封裝的雙面軟包鋰空氣電池及其制備方法，利用透氣膜及壓敏膠黏層在邊緣處多出的可粘合空白區域直接壓實粘合封裝，可實現鋰空氣電池的快速封裝，減少電解液在空氣中暴露的時間，降低吸附引入雜質的幾率，并且由于避免了熱封工藝，可以有效防止熱封導致的電解液揮發及副反應發生；另一方面，透氣膜與正極集流體通過壓敏膠黏層進行無縫緊密粘合，從而提高空氣正極的反應均勻性及一致性，9cm×9cm的大面積空氣正極單位面積比容量達到16.2mAh/cm²，電池比能量達到432Wh/kg；最后，壓敏膠黏層的引入也可以進一步抑制電池內部電解液揮發及外界水分對電池的影響。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種可快速封裝的雙面軟包鋰空氣電池，由上透氣膜、上壓敏膠黏層、上正極集流體、正極材料、隔膜、鋰負極、隔膜、正極材料、下正極集流體、下壓敏膠黏層、下透氣膜依次序層疊并注入電解液封裝而成，電池通過上壓敏膠黏層和下壓敏膠黏層的邊緣直接粘合實現快速封裝，上、下正極集流體與鋰負極分別有可供外電路連接的極耳伸出。

所述上、下透氣膜與上、下壓敏膠黏層尺寸一致，上、下透氣膜及上、下壓敏膠黏層尺寸大于所述隔膜尺寸，所述隔膜尺寸大于所述上、下正極集流體及所述鋰負極尺寸。