[发明专利]一种锂氧电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂氧电池及其制备方法，包括外壳，设置在外壳内的正极、负极和位于正极和负极之间的隔膜，与正极相连接且引出外壳的正极柱，与负极相连接且引出外壳的负极柱；正极包括允许氧气通过的气体扩散层和过氧化锂负载层，过氧化锂负载层位于气体扩散层和隔膜之间；锂氧电池还包括用于储存氧气的气室，气室位于气体扩散层的与过氧化锂负载层所在侧相对的另一侧且与气体扩散层相连通；负极为由铜、铜锌合金、镍、镍锌合金或镍铜合金构成的集电极；锂氧电池还包括填充在正极和负极之间以及隔膜中的电解液。本发明的电池比能量高、充放电循环性能高，同时成本低、易于规模生产，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种锂氧电池及其制备方法，可构造一种新型的锂氧电池，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

背景技术

现代社会对煤和石油等矿物能源的需求巨大，造成温室效应和日渐严重的空气、生态环境的污染，对我们赖以生活的地球家园构成了较为严峻的威胁。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。而可再生能源发电具有时差性和不稳定性，需要规模蓄电技术来解决可再生能源的不稳定性问题。

化学蓄电池是电动工具、电动车、电网等储能的重要手段，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。电池具有良好的电性能，且容易做到环保清洁无污染，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。

金属空气电池是化学蓄电池的重要分支，其以金属负极储存能量，正极空气是取之不尽的，这样也就带来了巨大的比能量。而以金属锂做为负极，空气电极做为正极的锂氧电池/锂空气电池开路电压为2.91V，理论能量密度为5200Wh/kg，当氧气由外界环境提供时，电池本体的能量密度可达1000Wh/kg以上，能量密度远高于目前的锂离子电池，也远高于甲酸、甲醇等燃料电池的能量密度。

目前，锂氧电池/锂空气电池还处于起步阶段，2006年P.G.Bruce首次报导了具有良好循环性能的锂空气电池(Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(4):1390-1393)，使锂空气电池有望成为新一代的二次电池。锂空气电池按其构造和原理，主要分为三类：有机体系、有机-水混合体系、固态体系。其中有机-水混合体系需要构造水相及气液固界面、有机相锂负极、水相与有机相的隔离等，结构复杂、可靠性低，而固态体系需要离子导电性高的固态电解质膜及其与正极、负极的配合，两者均发展较慢。有机体系由于具有较高的能量密度、结构简洁，且可利用锂离子电池技术、溶剂与反应无关等特点，而受到重视。有机体系锂空气电池主要由金属锂负极、含有可溶性锂盐的有机电解液以及空气电极(即正极，通常主要由高比表面积的多孔碳组成)所构成。

有机体系锂氧电池/锂空气电池放电时，在负极上发生氧化反应：Li→Li++e-，而在正极上Li+与O2反应生成过氧化锂(Li2O2)或氧化锂(Li2O)：

2Li+O2→Li2O2 E0= 2.96 V vs. Li/Li+

4Li+O2→2Li2O E0= 2.91 V vs. Li/Li+