[发明专利]一种可在空气中工作的扣式锂空电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属锂空气电池，特别是公开一种可在空气中工作的扣式锂空气电池及其制作方法，属于化学电源及相关领域。

背景技术

科技的进步为人类生活提供了诸多方便，但随之而来的是能源消费的迅速增加、环境污染以及温室效应等诸多问题。人类的总功耗预计到2050年为现在的三倍。能源供给的日益匮乏，迫使人们不断探索新的能源，研究与开发高能量密度的电源体系及材料势在必行。在目前所研究的各种电池体系中，锂空气电池具有最高的比能量。超高的能量密度及广阔的应用前景，吸引了越来越多的人投身到该领域的研究之中，近期更有愈演愈烈之势。

锂空气电池直接使用空气中的O₂作为反应原料，而空气中的H₂O、CO₂、N2等污染物对于有机体系存在着严重的破坏作用，因此目前文献报道的锂空气电池通常在干燥纯氧中放电，严格来讲这种电池应该叫做锂氧气电池，由于其规避了在空气中放电时存在的H₂O、CO₂侵入的难题，不能完全代表锂空气电池实际应用的情况。

发明内容

本发明目的是克服现有技术难题，提供一种可在空气中工作的扣式锂空气电池及其制作方法。该电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成。其中在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气；通气孔直径为0.5-15mm，常用为1-3mm。防护性空气电极由空气电极和氧选择性防护膜组成，抑制空气中水分的侵入和电池内部电解液的挥发；电池的密封性由密封圈来实现，将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本发明所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。由此制作的扣式锂空气电池环境适应性强，适合在空气中工作。

本发明的技术方案是：扣式电池壳可选用现有型号如CR1130、CR1220、CR1616、CR1620、CR2016、CR2025、CR2032、CR2330、CR2430、CR2450、CR2477等中的一种，根据放电电流密度的大小，在正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气。锂阳极提供电化学反应所需要的锂，由金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂铝合金等中的一种或几种构成。隔膜为现有锂离子电池用隔膜，如PP、PE、PP/PE/PP膜。电解液为含六氟砷酸锂（LiAsF₆）、六氟磷酸锂（LiPF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、高氯酸锂（LiClO₄）、三氟甲基磺酸锂（LiCF₃SO₃）、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂（LiTFSI）等支持电解质的一种或几种混合，浓度为0.1~3.0M。推荐浓度为0.7-1.5M。有机溶剂为乙腈（AN）、碳酸丙稀酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、二甲氧乙烷（DME）、γ-丁内酯（GBL）等中的一种或一种的混合。防护性空气电极由空气电极和防水透气膜组成，空气电极由碳材料和粘结剂组成，视实际使用情况可加催化剂按一定比例制成浆料后，将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极；碳材料为乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、BP2000和KB等中的一种或几种；粘结剂为聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等中的一种；催化剂可为Pt、Pt-Au、Pd、PdCo、MnO₂、Co3O₄、Fe₃O₄、MnOOH、Mn₃O₄和Fe₂O₃中的一种或几种；透气膜由聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等中的一种或几种组成。将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本发明所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。

本发明提供的扣式锂空电池，由于采用了防护性的空气电极，即可抑制空气中水分的进入，又可抑制电池内部电解液的挥发，环境适应性好，适宜在空气中工作。

附图说明

图1锂空气电池在25℃相对湿度为30%的恒温恒湿箱中的放电曲线

图2锂空气电池在环境空气中的放电曲线

具体实施方式