[發明專利]鋰空氣電池

有效

• 申請號: 201711278916.3
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN109428139B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李世榮;宋仁雨;李俊基;柳熙淵;李允智
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

一種鋰空氣電池，包括具有不同直徑的多個單元電池，各單元電池包括：電極，其包括：圓盤形正電極，該正電極具有在鋰空氣電池的垂直方向上貫通正電極的第一空氣流路和在鋰空氣電池的水平或垂直方向上在正電極上的一個或多個電解質流路；以及負電極，該負電極具有在垂直方向上貫穿負電極以與第一空氣流路重合的第二空氣流路；以及設置在正電極和負電極之間的隔離件。單元電池在堆疊電池罐內沿垂直方向堆疊，使得擴散層設置在各個單元電池之間。最下面的單元電池具有最大的直徑，并且順序堆疊在最下面的單元電池上的其余單元電池的直徑在向上方向上垂直地逐漸減小，使得單元電池具有階梯結構。

技術領域

本公開涉及鋰空氣電池。更具體地，本公開涉及具有新穎結構的鋰空氣電池，在所述結構中，單元電池使用具有徑向流路和垂直流路的盤型電極以階梯結構堆疊。

背景技術

通常，鋰空氣電池被認為是二次電池，其充電和放電是通過鋰和氧之間的電化學反應來進行的。

鋰空氣電池包括多個堆疊的單元電池，每個單元電池包括：電極，所述電極包括空氣電極(即，正電極)和由鋰形成的負電極；以及由允許液態電解質通過的材料形成并且位于正電極和負電極之間的隔離件；以及均勻地擴散空氣的擴散層，并且電解質設置在各個電池之間。

因此，當鋰空氣電池放電時，從負電極移動到正電極的鋰離子和提供到正電極的氧在正電極的表面處彼此反應，并因此在正電極的表面上產生氧化鋰，并且當鋰空氣電池充電時，氧化鋰被分解，并因此產生電能。

眾所周知，傳統的鋰空氣電池存在如下問題。

(1)電解質揮發和耗盡

在鋰空氣電池的充放電過程中，會發生鋰離子、電子和氧在一個位置處相遇而彼此反應的三相反應。在此，由于鋰離子由電解質供給，電子從電極供給而氧從外部供給，所以電解質不可避免地暴露于氧。

因此，電解質是揮發性的，因此電解質發生揮發，并且電解質在充電和放電反應過程中由于電解質暴露于正電極和負電極處的強氧化還原電位而產生氣體并被耗盡。

這樣，在鋰空氣電池的充放電過程中電解質揮發并被耗盡，因此鋰空氣電池的使用受到限制。

(2)低氧分壓的應用

在鋰空氣電池的充放電過程中，當發生三相反應時，氧必須被供應至正電極并用作活性物質。

當用作活性物質的氧分壓增加時，在放電反應期間產生的反應電阻值降低，因此反應效率增加。然而，由于當制造包括多個堆疊的單元電池的鋰空氣電池時氧分壓會大大提高的電池組尚未開發出來，所以除了將低氧分壓用于充電和放電過程沒有其他選擇。

(3)氧擴散層中氧擴散困難

由于氧被用作鋰空氣電池中的活性物質，并且為了電池的長壽命需要均勻的反應，所以電極的每單位面積的氧的均勻供應是有必要的。

現在，鋰空氣電池利用作為氧擴散層的氣體擴散層(GDL)或者利用作為載體的多孔載體保持正電極活性物質解決了用在反應中的氧的擴散問題。然而，在大規模的電極中，均勻的氧擴散難以解決，因此需要額外的氧流路。

發明內容

本公開旨在解決與現有技術相關的上述問題，并且本公開的目的是提供一種鋰空氣電池，其可在充電和放電過程期間使電解質的揮發和耗盡最小化，在充電和放電過程期間均勻地將電解質擴散和提供給電極，并提高作為活性物質的氧的分壓，從而有效地向正電極提供氧，并實現電極的單位面積的均勻供氧。