[发明专利]一种锂氧气电池

说明书

本发明涉及一种锂氧气电池，包括壳体、设于壳体内的多孔锂负极、多孔正极及设于多孔锂负极与多孔正极两者之间的具有电解液的隔膜，其特征在于，该锂氧气电池还包括多孔负极集流体与多孔正极集流体，多孔负极集流体、多孔锂负极、具有电解液的隔膜、多孔正极和多孔正极集流体依次层叠设置，靠近多孔正极侧与多孔锂负极侧的壳体均为不锈钢壳体，并且分别在靠近多孔正极侧与多孔锂负极侧的不锈钢壳体上设有多个供氧气进入的通孔。本申请通过引入氧气来保护金属锂负极，使氧气能够优先与金属锂反应，在金属锂表面生成一层致密的富含氧化锂和过氧化锂的SEI膜，抑制电解液对金属锂负极的腐蚀，显著提高锂负极的循环稳定性和库伦效率。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂氧气电池。

背景技术

随着科学技术的不断进步，作为储能器件的锂电池发展迅速，其中有机体系锂氧气电池由于其巨大的理论比能量密度受到科研和产业界的极大关注，是下一代高能电池的有力竞争者。这种电池要想得到实际应用需要一个具有高库伦效率和循环稳定性的金属锂负极(库伦效率指锂金属在沉积-溶解过程中，溶解的锂与沉积的锂的比值)。

现有的锂氧气电池有机电解液对锂负极并不稳定，在电池循环中会对金属锂产生腐蚀，同时也造成电解液自身分解。这一过程导致了金属锂负极的低库伦效率和差的循环稳定性，加速整个电池的失效。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对锂负极进行保护实现高库伦效率且循环更稳定的锂氧气电池。

本发明的一种锂氧气电池，包括壳体、设于壳体内的多孔锂负极、多孔正极及设于所述多孔锂负极与多孔正极两者之间的具有电解液的隔膜，所述的锂氧气电池还包括多孔负极集流体与多孔正极集流体，所述的多孔负极集流体、多孔锂负极、具有电解液的隔膜、多孔正极和多孔正极集流体依次层叠设置，靠近多孔正极侧与多孔锂负极侧的壳体均为不锈钢壳体，并且分别在靠近多孔正极侧与多孔锂负极侧的不锈钢壳体上设有多个供氧气进入的通孔。

进一步的，所述多孔锂负极的通孔的孔径为0.1-1.0mm，所述通孔密度为30-240孔/cm²。

进一步的，所述多孔锂负极包括金属锂或锂硅合金。

进一步的，所述多孔集流体为金属网或带孔金属薄膜或泡沫金属。

进一步的，所述多孔锂负极为金属锂片，所述多孔负极集流体为泡沫铜，所述多孔正极由粘结剂与正极材料按1:4-19配比进行混合后经擀膜法或涂膜法制得，所述正极集流体为铝网。

进一步的，所述粘结剂为聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯。

进一步的，所述正极材料为科琴黑或碳纳米管或SuperP。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明通过引入氧气来保护金属锂负极，因为氧气具有较高还原电位(约2.9V，对Li⁺/Li电位)的性能，在绝缘壳体位于负极处开设供氧气进入负极的通孔，使氧气能够优先与金属锂反应，在金属锂表面生成一层致密的富含氧化锂和过氧化锂的SEI膜，这层SEI膜可以有效阻挡金属锂与电解液的直接接触，抑制电解液对金属锂负极的腐蚀，从而起到保护金属锂负极的作用。因此本申请在未改变电解液成分的情况下实现了高循环可逆性的金属锂负极，有效避免了常规的添加剂保护负极的方法存在的添加剂耗尽及添加剂在正极发生副反应的问题，这种低成本的金属锂负极保护方案有助于推动锂氧气电池在未来大规模的使用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明锂氧气电池的结构示意图；