[发明专利]一种多孔负极结构锂氧气电池

说明书

技术领域

本发明属于锂氧气电池制备技术领域，具体涉及一种多孔负极结构锂氧气电池。

背景技术

锂氧气电池以其高的理论比能量以及对环境友好等特性而成为目前备受关注的能量转换体系。锂氧气电池是一种用锂金属作负极，以氧气作为正极反应物的电池。其工作原理是，放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子，锂离子穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li₂O)或者过氧化锂(Li₂O₂)，并留在阴极。充电过程：通过导线供应电子，锂离子穿过有机电解液到达负极表面，在负极表面发生反应生成金属锂，正极侧反应生成氧气，产生的电子供应给导线。

由于锂氧气电池在放电过程中，正极侧未反应的氧气会透过电解液渗透到负极，氧化金属锂，造成负极腐蚀，最终导致放电终止，从而导致锂氧气电池循环性能的下降。如何解决上述问题，成为了锂氧气电池能否得到成功应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔负极结构锂氧气电池，克服正极侧多余的氧气透过电解液渗透到负极，氧化金属锂，造成负极腐蚀，最终导致放电终止，从而导致锂氧气电池比能量及循环性能较低的问题。

一种多孔负极结构锂氧气电池，多孔锂负极1垂直置于绝缘壳体5的中部，然后依次放置第一隔膜2、有机电解液3、第二隔膜12、多孔碳正极4；多孔锂负极1与多孔碳正极4的一侧各留有气体腔，绝缘壳体5置于两块不锈钢壳体6的中间，通过螺丝固定，靠近负极侧的不锈钢壳体6上连接氮气阀门7，靠近正极侧的不锈钢壳体6上连接氧气阀门8。

所述氮气阀门7通入氮气或氩气，氮气或氩气的流量为5-5000mL/min，压力为0.01-10MPa；所述氧气阀门8通入氧气，氧气的流量为5-5000mL/min，压力为0.01-10MPa。

本发明的有益效果：本发明的电池克服了正极侧未反应的氧气透过电解液渗透到负极，氧化金属锂，造成负极腐蚀，最终导致放电终止，从而导致锂氧气电池比能量及循环性能偏低的问题。该结构锂氧气电池负极采用多孔金属锂，正极采用多孔碳电极，电池工作过程中，在负极与正极侧分别通入相同流量、压力的氮气与氧气。可以有效抑制金属锂的氧化，从而提高了电池的比能量及循环性能。

附图说明

图1为多孔负极结构锂氧气电池整体结构示意图；

图中，1-多孔锂负极、2-第一隔膜、3-有机电解液、4-多孔碳正极、5-绝缘壳体、6-不锈钢壳体、7-氮气阀门、8-氧气阀门、9-密封胶、10-气体管路、11-弹簧、12-第二隔膜。

图2为多孔锂金属负极结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例多孔负极结构锂氧气电池结构如图1所示，由多孔锂负极1(结构如图2所示)，隔膜2、有机电解液3、多孔碳正极4、绝缘壳体5、不锈钢壳体6、氮气阀门7、氧气阀门8组成。

多孔锂负极1垂直置于绝缘壳体5的中部，然后依次放置第一隔膜2、有机电解液3、第二隔膜12、多孔碳正极4；多孔锂负极1与多孔碳正极4的一侧各留有气体腔，绝缘壳体5置于两块不锈钢壳体6的中间，通过螺丝固定，靠近负极侧的不锈钢壳体6上连接氮气阀门7，靠近正极侧的不锈钢壳体6上连接氧气阀门8。出气阀门和进气阀门通过气体管路10与不锈钢壳体7内部相通；不锈钢壳体7内部内部设有弹簧11；密封胶9密封不锈钢壳体7的四个角。

氮气阀门7通入氮气或氩气，氮气或氩气的流量为5-5000mL/min，压力为0.01-10MPa；所述氧气阀门8通入氧气，氧气的流量为5-5000mL/min，压力为0.01-10MPa。

该电池的工作原理：当锂空气电池放电过程中，在负极与正极侧分别通入相同流量、压力的氮气与氧气。负极侧的氮气能够阻碍正极侧氧气向负极侧渗透，从而有效抑制金属锂的氧化，提高了电池的比能量及循环性能。