[發明專利]一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層

在審

• 申請號: 201810329566.7
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108428969A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 宋世棟;孫建;于利梅;陳步天;秦旭輝;李婉君;汪兵輝;王亮平
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層，防水透氧層主要包括基底、粘結劑和全氟碳化合物。全氟碳化合物可以為全氟辛烷、全氟萘烷等。本發明的制備方法操作簡單，與傳統的防水膜相比，通過全氟碳化合物的加入，不僅可以防止空氣中H₂O和CO₂等雜質進入電池內部，還可以提高氧電極的氧氣傳輸能力，起到了防水和透氧的雙功能作用，從而提高金屬空氣電池的電化學性能。

(一)技術領域

本發明涉及一種金屬空氣電池的防水透氧層，特別是一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層。

(二)背景技術

隨著時代的進步和經濟的發展，對能源的需求也越來越大，傳統的化石燃料已滿足不了人類的需求，因此迫切需要可再生能源的出現。1991年首次商業化的鋰離子電池，因其能量密度高、壽命長等優點，廣泛應用于便攜式電子設備中。但是由于鋰離子電池系統的內部反應機制限制，已遠不能滿足新型動力汽車的高比能量要求。

相比之下，金屬空氣電池是以金屬為負極，空氣電極為正極，空氣為正極活性物質發生氧化還原反應的二次電池。而金屬空氣電池的最大優勢在于正極活性物質為空氣中的氧氣，來源十分廣泛，不需要存放在電池內部，因而具有非常高的能量密度。比如鋰空氣電池理論比能量就高達11140Wh/kg，是傳統鋰離子電池的五到十倍，跟石油的理論比能量相當。

由于空氣中存在H₂O和CO₂，使電池的電化學性能受到一定影響。H₂O會導致金屬負極的腐蝕，同時CO₂會與金屬負極反應生成一些副產物，進而影響電池循環性能。目前的方法是加一層防水膜，可以抑制空氣中的H₂O和CO₂等進入電池內部，但同時存在氧氣的傳質極化。

鑒于此，本發明提供一種防水透氧層，既能提高氧氣的溶解和傳輸能力，又有效防止空氣中的H₂O和CO₂等雜質進入電池內部，能夠起到防水和透氧的雙功能作用，進而提高電池的電化學性能。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種金屬空氣電池防水透氧層。

本發明提供的一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層中，防水透氧層主要包括基底、粘結劑和全氟碳化合物等。

本發明提供的一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層中，全氟碳化合物包括全氟辛烷、全氟萘烷等，量為10～200μL。

本發明提供的一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層中，空氣電池指金屬電池，包括鋰空氣電池、鈉空氣電池、鋅空氣電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池等。

本發明提供的一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層中，基底可以為泡沫鎳、不銹鋼網、碳紙、碳布等。

本發明提供的一種基于全氟碳化合物的金屬空氣電池防水透氧層中，粘結劑可以為PTFE、PVDF/NMP，濃度分別為5％～30％，2.5％～10％。

本發明的制備方法操作簡單，特別是通過全氟碳化合物的加入，既能提高氧電極的氧傳輸能力，又能防止空氣中的H₂O和CO₂進入，從而提高金屬空氣電池的電化學性能。

(四)附圖說明

圖1不含全氟萘烷與含全氟萘烷電池測試前的交流阻抗

圖2不含全氟萘烷與含全氟萘烷電池的循環伏安曲線

圖3不含全氟萘烷的電池循環性能曲線

圖4含全氟萘烷的電池循環性能曲線

(五)具體實施方式

以下實施例將對本發明予以進一步說明，但并不因此而限制本發明。