[发明专利]双层复合结构陶瓷、该陶瓷的制备方法、自吸附式锂空气电池及该电池的制备方法

权利要求书

1.含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，

所述电池包括由下向上依次层叠的双层复合结构陶瓷层、金属锂层和阳极集流体层，

双层复合结构陶瓷层的致密层与金属锂层相互接触，且双层复合结构陶瓷层与阳极集流体层的边缘密封，使得金属锂层与外界隔离；

双层复合结构陶瓷层包括由下至上依次层叠的多孔层和致密层，双层复合结构陶瓷层的材质为：

Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃，0≤x≤0.5，M为Al、Ga、In或Sc；

或者，Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃，0≤x≤1.2；

或者，Li_7-xLa₃Zr_2-xN_xO₁₂，0≤x≤1.2，N为Al或Ta；

多孔层的内部孔壁上依次均匀沉积有电子导电层、催化剂层和水蒸气吸附层。

2.根据权利要求1所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，在双层复合结构陶瓷层与金属锂层之间设有非导电多孔隔离层。

3.根据权利要求2所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，非导电多孔隔离层和金属锂层均浸润在锂离子电解液中。

4.根据权利要求1所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，双层复合结构陶瓷层的致密层上沉积有：

5nm～50nm的Si层、5nm～50nm的Al₂O₃层、1nm～10nm的石墨烯少层、5nm～30nm的纳米金、5nm～30nm的纳米铜层或5nm～30nm的纳米银层。

5.根据权利要求1所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，

水蒸气吸附层的材料为易潮解盐类或高吸水树脂。

6.根据权利要求1所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池，其特征在于，

致密层的致密度大于90％，致密层厚度为10μm～50μm，

多孔层的孔隙率大于50％，多孔层厚度为200μm～1000μm。

7.权利要求3所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池的制备方法，其特征在于，该方法为：

将浸润有锂离子电解液的非导电多孔隔离层平铺在双层复合结构陶瓷的致密层上表面；

将金属锂片置于非导电多孔隔离层上表面；

将阳极集流体层平铺于金属锂片上表面；

将双层复合结构陶瓷与阳极集流体层的边缘进行密封，并于厌氧环境中在10℃～50℃的条件下晾干20h～100h，获得自吸附式锂空气电池。

8.根据权利要求7所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池的制备方法，其特征在于，双层复合结构陶瓷的制备方法包括以下步骤：

一、采用固相烧结法制备一号初始粉体，采用溶胶-凝胶法制备二号初始粉体，采用甘氨酸燃烧法制备三号初始粉体；

二、将以上获得的初始粉体中的任意一种或多种与造孔剂按1：0.3～1的质量比混合球磨10h～72h，球料比为1～3：1，获得复合粉体A；

三、将复合粉体A在300MPa～1000MPa的压强条件下压成厚度为0.5mm～5mm的薄片，将该薄片在800℃～1100℃的条件下烧结2h～6h，形成多孔层；

四、将一号初始粉体与粘结剂充分混合研磨，获得电解质浆料；

五、将电解质浆料旋涂在多孔层上表面，形成厚度为10μm～30μm的电解质薄膜；

六、将涂有电解质薄膜的多孔层在900℃～1200℃的条件下烧结2h～6h，使电解质薄膜形成致密层；

七、在多孔层的内部孔壁上依次均匀沉积电子导电层、催化剂层和水蒸气吸附层，获得双层复合结构陶瓷。

9.根据权利要求8所述的含有双层复合结构陶瓷的自吸附式锂空气电池的制备方法，其特征在于，沉积水蒸气吸附层的具体方法为：

通过浸渍的方式将吸水物质的前驱体溶液引入多孔层的内部，并通过高温烧结、凝聚和还原获得水蒸气吸附层；

或者，通过电镀或电泳沉积的方式将具有吸水特性的物质沉积到催化剂层上，获得水蒸气吸附层；

或者，通过超声辅助沉积方式将吸水物质或其前驱体溶液引入多孔层的内部，获得水蒸气吸附层；

或者，通过化学气相沉积、蒸镀、水热法或共沉淀工艺的方式将水蒸气吸附层原位生长在催化剂层上。