[發明專利]一種基于鋰合金負極的鋰空氣電池

有效

• 申請號: 201910020498.0
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109698396B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 慈立杰;郭煥煥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/134
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發明公開了一種基于鋰合金負極的鋰空氣電池，將以鋰合金作為負極的鋰空氣電池置于無水氣體氛圍中，進行高電流預處理至少一周期，所述高電流預處理的電流密度不小于0.8mAh·cm^?2。本發明電池在正常循環測試前通過高電流預處理過程，表面形成含異相金屬的氧化膜復合SEI保護膜，有效阻隔鋰空氣電池中電解液、水、溶解氧、二氧化碳等對負極的侵蝕，并引導鋰離子在負極表面均勻沉積，有效抑制鋰枝晶的發生，使電池的循環穩定性及安全性得到大幅度提高。

技術領域

本發明涉及一種基于鋰合金負極的鋰空氣電池，屬于鋰電池技術領域。

背景技術

這里的陳述僅提供與本發明有關的背景信息，而不必然構成現有技術。

現代社會，人類面臨著嚴峻的化石能源危機及環境污染問題，使得燃油交通工具的發展受到阻礙。近些年，純電動汽車或混合電動汽車越來越多的引起社會關注，電池系統的有效利用大大降低了人類對化石燃料的依賴。然而，目前市場上最為廣泛使用的鋰離子電池，實際能量密度過低，遠遠無法達到人類對長距離交通的需求。鋰空氣電池以金屬鋰為負極，氧氣為反應電極，極大地提高了電池的理論能量密度，是鋰離子電池的十倍以上，其實際能量密度與汽油相當，被眾多科學家認為是最有前景的下一代儲能系統之一。

盡管鋰空氣電池具有優越的應用前景，然而，其發展仍受到多方便的制約，例如能量效率低、循環壽命短、安全性差等問題。其中活潑的鋰金屬負極，在電池的電化學循環過程中，極易產生鋰枝晶問題，除此之外，鋰金屬負極還要忍受來自電解液、溶解氧、水、二氧化碳等的不斷侵蝕，最終導致電池壽命的過早終結。

因此，鋰金屬負極的穩定性直接影響到鋰空氣電池的循環壽命與安全性，進行合理的鋰金屬負極結構設計，可大幅度提高鋰空氣電池的循環壽命與安全穩定性。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供一種可大幅度提高循環壽命與安全穩定性的鋰空氣電池。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一方面提供了一種基于鋰合金負極的鋰空氣電池的處理方法，將以鋰合金作為負極的鋰空氣電池置于無水氣體氛圍中，進行高電流預處理至少一周期，所述高電流預處理的電流密度不小于0.8 mA?cm^-2。

一般鋰空氣電池進行電化學循環測試時采用較低的電流密度（不大于0.6 mA?cm^-2），本發明發現當采用不小于0.8 mA?cm^-2電流密度在無水氣體氛圍中對以鋰合金作為負極的鋰空氣電池進行高電流預處理若干周期后，會使得鋰合金負極表面原位生成一種含無機氧化物的復合固態電解質SEI保護膜；穩定的氧化物SEI膜促進鋰離子在電池電化學循環過程中均勻沉積，有效抑制鋰枝晶，鋰空氣電池壽命提升幾十倍，更加安全、可靠。

另一方面提供了一種上述處理方法獲得的鋰空氣電池。

第三方面提供了一種上述處理方法獲得的鋰空氣電池的鋰合金負極。由于上述處理方法的主要作用是在鋰合金負極表面原位生成一種含無機氧化物的復合固態電解質SEI保護膜，屬于對鋰空氣電池的鋰合金負極，因而上述方法可以作為鋰空氣電池的鋰合金負極的處理方法，以獲得長壽命鋰空氣電池的鋰合金負極。

本發明的有益效果為：

1.本發明的鋰合金負極界面得到優化，電池在正常循環測試前通過高電流預處理過程，表面形成含異相金屬氧化物的復合SEI保護膜，有效阻隔鋰空氣電池中電解液、水、溶解氧、二氧化碳等對負極的侵蝕，并引導鋰離子在負極表面均勻沉積，有效抑制鋰枝晶的發生，使電池的循環穩定性及安全性得到大幅度提高。

2.本發明采用鋰合金負極原位高電流預處理工藝，工藝簡單、高效、綠色，易于實現工業化。

3.本發明基于鋰合金負極的鋰空氣電池擁有超長壽命，其循環壽命可超過100周期。