[发明专利]一种水体系锂空气电池

权利要求书

1.一种水体系锂空气电池，其特征在于，包括：

空气正极层，所述空气正极层包括空气扩散层和空气电极层，所述空气扩散层位于空气正极层外侧；

复合负极层，所述复合负极层包括保护层和锂电极层，且所述保护层与所述空气电极层相对设置；和

水系电解质层，所述水系电解质层为夹在所述空气正极层的空气电极层和所述复合负极层的疏水保护层之间的水溶液。

2.根据权利要求1所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述保护层包括疏水层与固体电解质层，其中所述固体电解质层位于所述锂电极层与所述疏水层之间。

3.根据权利要求2所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述固体电解质层是由通式Li_aPO_bN_cT_d所表示的掺杂过渡金属元素的氮化磷酸锂构成，其中，T表示选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au的至少1种过渡金属元素，2.6≤a≤3.0，3.0≤b≤4.0，0.1≤c≤0.6，0.01≤d≤0.50。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述疏水层是由具有NASICON型结晶结构的高锂离子导电性陶瓷材料Li_1+x+yAl_xM_2-xSi_yP_3-yO₁₂构成，其中M表示Ti、Ge或Zr中的一种或多种，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述空气扩散层中包含有多孔聚四氟乙烯薄膜和多孔金属铝箔。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述空气电极层由含有碳载体材料和氧催化剂的复合材料形成。

7.根据权利要求6所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述碳载体材料为选自多孔活性炭、空心碳球、有序介孔碳、碳纳米纤维、碳纳米管、碳纳米角、石墨烯中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述氧催化剂为选自铂纳米颗粒、金纳米颗粒、金铂合金纳米颗粒、铂钴合金纳米颗粒、铂铬合金纳米颗粒、铂镍合金纳米颗粒、α-MnO₂纳米颗粒、β-MnO₂纳米颗粒、γ-MnO₂纳米颗粒、MoN纳米颗粒、MnN纳米颗粒、三元金属氮化物中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的水体系锂空气电池，其特征在于，其中所述氧催化剂中的金属含量少于所述空气正极层总质量的5％。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述水系电解质层是酸性、中性或碱性的锂化合物的水溶液。

11.根据权利要求10所述的水体系锂空气电池，其特征在于，所述锂化合物为LiCl、LiBr、LiNO₃、CH₃COOLi、LiOH、Li₂SO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄中的一种或多种。