[發明專利]鋰空氣電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201710183208.5
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN106910965B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 王琿;韓喻;鄭春滿;謝凱;洪曉斌;謝威;王丹琴
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M2/08;H01M2/02;H01M2/26
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 趙洪;張鮮

本發明公開了一種鋰空氣電池及其制備方法，該鋰空氣電池包括電芯、內鋁塑殼體和外鋁塑殼體，所述電芯封裝于所述內鋁塑殼體中，所述內鋁塑殼體上開設有與所述電芯對應的進氣窗口；所述內鋁塑殼體封裝于所述外鋁塑殼體中，所述內鋁塑殼體和外鋁塑殼體之間充有氧氣；所述電芯上設有極耳，所述極耳延伸至外鋁塑殼體之外，所述極耳上設有用于與所述內鋁塑殼體密封粘合的內極耳膠，所述電芯的極耳上還設有用于與所述外鋁塑殼體密封粘合的外極耳膠。該制備方法包括：（1）鋰空氣電池半成品制備；（2）鋰空氣電池制備。該鋰空氣電池具有密封及引線結構簡單且密封性好，能保證電池內部純氧環境、攜帶方便、壽命長等優點。

技術領域

本發明屬于電池制備技術領域，尤其涉及一種鋰空氣電池及其制備方法。

背景技術

高能量密度鋰空氣電池是最近才開始發展的一種新型電源體系，同時具有結構簡單，電極反應可逆的優點。在僅考慮金屬鋰負極的條件下，鋰空氣電池的理論能量密度可達到11140 Wh/kg（6080 Wh/L）。實際上，即使考慮放電過程中放電產物沉積及電池結構設計等因素帶來的能量密度損失，其能量密度也是目前鋰離子電池能量密度的5到10倍，是目前已知的具有最高理論能量密度的電池體系。

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。首先，由于現有鋰空氣電池性能受空氣中水、二氧化碳等雜質影響十分顯著，因此目前鋰空氣電池需在純氧氣氛下工作。為保持鋰空氣電池工作過程中的純氧氣氛，當前主要采用如下兩種方式：（1）在電池上設置進氣和出氣口，電池工作過程中通過進氣口向電池內部持續通入高純氧氣，同時富余的氧氣從出氣口流出，利用高純氧氣的流動為電池工作提供所需的氧氣氣氛，并防止外界空氣中的水、二氧化碳進入電池內部造成電池性能下降。這種方法主要有以下不足，一是氧氣的持續流動會加快電解液的揮發，導致電池最終會因電解液的耗盡而無法工作；二是需要穩定的高純氧氣氣源，電池不利于攜帶，使用環境受到限制；（2）基于不銹鋼、聚四氟乙烯、樹脂等材料制備密封殼體，利用殼體的密封結構保持電池所處的純氧氣氛。該種方法同樣具有缺陷，首先處于殼體內部的電池正負極需要通過引線接出殼體方可工作，引線過程中需要特別設計以防止對殼體整體密封性能的破壞，引線復雜；其次密封殼體材料較重，會影響電池的便攜性和整體能量密度，因此上述兩種鋰空氣電池的結構設計均難以體現其性能優勢。

另外，電解液在電池工作過程中的穩定性是制約鋰空氣電池性能的關鍵因素之一。在目前已采用的電解液體系中，基于碳酸酯類溶劑電解液由于會同氧還原產物超氧根離子反應，導致放電最終產物為Li₂CO₃和多種烷基碳酸鋰類化合物；基于醚類和砜類溶劑的電解液雖然是目前廣泛采用的一種鋰空氣電池電解液體系，但因其在電池循環過程會在空氣電極表面發生分解，反應副產物會隨循環周期的增加在空氣電極表面富集造成電池性能下降，所以穩定性仍無法滿足鋰空氣電池的工作要求。除上述電解液體系外，由于酰胺類溶劑對超氧根離子有更好的穩定性和抗電化學氧化性能，基于N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等鏈狀酰胺的電解液體系在鋰空氣電池中得到了部分應用。但由于酰胺溶劑對鋰負極過程的兼容穩定性不佳，循環過程中會導致鋰負極過程阻抗的顯著增加而引起電池在循環過程中的失效。為改善酰胺類溶劑同鋰負極的界面穩定性，目前較為常用的方法是添加硝酸鋰和將其與碳酸酯類等溶劑進行混合來提高該類電解液的穩定性能。但由于硝酸鋰本身在電池充電過程中會發生氧化導致副反應發生，而碳酸酯類溶劑與目前使用的鏈狀酰胺在混合過程中會產生較大的混合能，導致難以形成理想的均一復合溶劑體系，無法發揮碳酸酯類溶劑對鋰負極的保護作用，因此上述改進方法無法有效提升基于酰胺類溶劑在鋰空氣電池中的應用性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種密封及引線結構簡單且密封性好，能保證電池內部純氧環境、攜帶方便、壽命長的鋰空氣電池及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：