[發(fā)明專(zhuān)利]一種含水鋰空氣電池及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910635193.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110350271B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 慈立杰;郭煥煥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M12/06
• 分類(lèi)號(hào): H01M12/06;H01M4/38;H01M4/66
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含水鋰空氣電池及其制備方法和應(yīng)用。所述制備方法包括：將金屬鋰負(fù)極、多孔空氣電極、含水有機(jī)電解液體系組裝成鋰空氣電池后，將其在純氧氣下進(jìn)行高電流預(yù)處理；所述預(yù)處理周期為5?50，預(yù)處理電流密度為0.8?4.0mA/cm²，優(yōu)選為1?4mA/cm²。本發(fā)明充分利用電解液中的痕量水分，并通過(guò)一種簡(jiǎn)單高效的高電流密度預(yù)先處理的方法，使鋰空氣電池中金屬鋰原位生成一層富含氧化鋰的SEI保護(hù)膜，抑制鋰枝晶及水的危害性，電池壽命得到大幅度提高，使鋰空氣電池更加安全可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種含水鋰空氣電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

本發(fā)明背景技術(shù)中，公開(kāi)的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)及環(huán)境污染問(wèn)題，使傳統(tǒng)依賴化石燃料的交通運(yùn)輸工具的發(fā)展受到限制，近些年，新型儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其是以可充電池提供能量來(lái)源的電動(dòng)汽車(chē)及混合電動(dòng)汽車(chē)，得到了大幅度發(fā)展。然而市場(chǎng)上最為廣泛使用的鋰離子電池，其實(shí)際能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到人類(lèi)對(duì)遠(yuǎn)距離交通的需求。鋰空氣電池，以金屬鋰為負(fù)極，氧氣為正極，實(shí)際能量密度與石油相當(dāng)，有望實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)一次充電運(yùn)輸500公里，而基于有機(jī)體系電解液的鋰空氣電池由于其較好的電化學(xué)性能得到了大量發(fā)展。然而，鋰空氣電池面臨開(kāi)放的氧氣或空氣工作環(huán)境，來(lái)自液態(tài)電解質(zhì)中的殘留水分或大氣中的水分，不可避免，然而水分的存在會(huì)引起金屬鋰負(fù)極的水解，增加電池極化，大大惡化了鋰空氣電池的循環(huán)穩(wěn)定性，導(dǎo)致電池壽命終結(jié)，并存在爆炸的危險(xiǎn)性。

專(zhuān)利文獻(xiàn)CN102124601A公開(kāi)了一種可構(gòu)造含水鋰/空氣電池組電池，該電池包括受保護(hù)的鋰電極、在陰極隔室中的含水有機(jī)電解液及空氣陰極，通過(guò)溶解在陰極電解液中的活性物質(zhì)參與電池反應(yīng)并排出使陰極隔室吸濕的產(chǎn)物，除去環(huán)境空氣中的水，延長(zhǎng)放電，提高電池的能量密度。然而，發(fā)明人研究后認(rèn)為：該鋰空氣電池組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要是通過(guò)除去電池中的水達(dá)到目的，且無(wú)法確定能否改善電池的循環(huán)壽命。

專(zhuān)利文獻(xiàn)CN103123998A公開(kāi)了一種制備水體系的鋰空氣電池的方法，通過(guò)在鋰金屬負(fù)極表面疏水保護(hù)膜，隔絕水對(duì)鋰負(fù)極的侵蝕，實(shí)現(xiàn)鋰空氣電池在水性電解液中良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能。然而，發(fā)明人研究后認(rèn)為：鋰空氣電池在水系電解液中的容量遠(yuǎn)不如有機(jī)電解液體系，且該非原位法形成的鋰負(fù)極保護(hù)層厚度不易控制，保護(hù)層與負(fù)極之間的界面問(wèn)題難以解決，容易引起電池內(nèi)部阻抗增加，削弱電池性能。

專(zhuān)利文獻(xiàn)201910020498.0公開(kāi)了一種基于鋰合金負(fù)極的鋰空氣電池，其將以鋰合金作為負(fù)極的鋰空氣電池置于無(wú)水氣體氛圍中，進(jìn)行高電流預(yù)處理，從而在鋰負(fù)極表面形成含異相金屬的氧化膜復(fù)合SEI保護(hù)膜，有效阻隔鋰空氣電池中電解液、水、溶解氧、二氧化碳等對(duì)負(fù)極的侵蝕，并引導(dǎo)鋰離子在負(fù)極表面均勻沉積，有效抑制鋰枝晶的發(fā)生，使電池的循環(huán)穩(wěn)定性及安全性得到大幅度提高。然而，發(fā)明人認(rèn)為：上述技術(shù)是利用受保護(hù)的鋰合金作為負(fù)極，并未提及對(duì)有機(jī)電解液中痕量水的利用及高電流下對(duì)純鋰負(fù)極的保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決來(lái)自有機(jī)電解液中殘余水分或潮濕空氣對(duì)金屬鋰負(fù)極的水解、侵蝕反應(yīng)，并抑制鋰枝晶，提高鋰空氣電池循環(huán)壽命及安全性，本發(fā)明認(rèn)為：如何有效利用有機(jī)電解液中痕量的水分，提高鋰金屬的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)鋰空氣電池電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性及循環(huán)壽命，對(duì)實(shí)現(xiàn)鋰空氣電池的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。為此，本發(fā)明提供一種含水鋰空氣電池及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明充分利用電解液中的痕量水分，并通過(guò)一種簡(jiǎn)單高效的高電流密度預(yù)先處理的方法，使鋰空氣電池中金屬鋰原位生成一層富含氧化鋰的SEI保護(hù)膜，抑制鋰枝晶及水的危害性，電池壽命得到大幅度提高，使鋰空氣電池更加安全可靠。

本發(fā)明的第一目的，是提供一種含水鋰空氣電池。

本發(fā)明的第二目的，是提供所述含水鋰空氣電池的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開(kāi)了下述技術(shù)方案：