[发明专利]一种不对称的锂氧电池有效
申请号: | 201210528057.X | 申请日: | 2012-12-10 |
公开(公告)号: | CN103035979A | 公开(公告)日: | 2013-04-10 |
发明(设计)人: | 张治安;赖延清;彭彬;李劼;卢海;贾明 | 申请(专利权)人: | 中南大学 |
主分类号: | H01M12/08 | 分类号: | H01M12/08;H01M4/48;H01M4/62 |
代理公司: | 长沙市融智专利事务所 43114 | 代理人: | 魏娟 |
地址: | 410083 湖南*** | 国省代码: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 不对称 电池 | ||
技术领域
本发明涉及一种不对称的锂氧电池,属于新能源领域。
背景技术
随着人类社会的发展,能源短缺、环境污染等问题的日益突出,人们对化学电源的认识和要求也越来越高,促使人们不断探索新的化学电源为主的能量储存系统。近几十年来,以金属锂为基础的电池引领了高性能化学电源的发展方向。随着锂离子电池的成功商业化,世界各国都在加紧开展车用锂离子动力电池的研究。但由于能量密度、安全性、价格等因素,常规锂离子电池作为动力源无法满足电动汽车的要求。
锂氧电池是一种以锂金属为负极,氧气作为正极活性物质的电池。放电过程:负极中的锂释放电子后变为锂离子,锂离子穿过电解质,在正极与氧气以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂或者过氧化锂,并留在正极。充电过程:通过外电路导线提供电子,锂离子由正极穿过电解质到达负极表面,在负极表面发生反应生成金属锂,氧离子反应生成氧,产生的电子供应给导线。锂氧电池中氧化1千克金属锂可放出11680Wh的能量,是锌空气电池的八倍,媲美于石油的13000Wh/Kg,而正极反应物氧气又是从环境中获取,无需储存。因此,锂氧电池以其高的比容量和比能量、对环境友好、易小型化和轻量化等特性而成为目前备受关注的能量转换体系,也被认为是下一代动力汽车的首选动力源。
尽管如此,锂氧电池仍然存在固有的缺点。在充放电过程中,负极金属锂会发生枝晶的生长,生长到一定程度就会刺穿电池隔膜,发生短路,同时金属锂会与电解液发生反应,造成电解液的分解。在正极方面,放电产物不溶于有机电解液,易在正极表面无序堆积,堵塞氧气扩散通道,使得反应终止。
为了解决锂氧电池金属锂负极存在的问题,N.Imanishi等(电源技术“Journal of Power Sources”185(2008)1392-1397)提出在锂片外面包覆一层快离子导体膜,这样就机械上强制性的阻止了锂枝晶的生长,但是这层膜必须在常温下具备很高的锂离子导电能力,电化学性质稳定并且要有很好的机械强度。目前制备的快离子导体性能指标并不能达到应用要求,同时昂贵的造价使得研究和应用受限。在正极方面,夏永姚(电化学通讯“Electrochemistry Communication-s”11(2009)1127-1130)和Zhou Haoshen(美国化学协会“ACS Nano”5(2011)3020-3026)等分别提出采用不同孔结构的碳材料作为正极材料,以改善放电产物堆积问题,提高电池的容量。但是氧气通道依旧会被堵塞,问题没有得到有效地解决。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型的有效提高锂氧电池的充放电容量和循环性能的不对称锂氧电池。
本发明提供了一种不对称的锂氧电池,以过氧化锂为正极活性物质,将混合均匀的过氧化锂和催化剂负载在多孔碳材料上形成正极,可脱嵌锂离子的材料为负极;所述过氧化锂在正极材料中质量含量为1~50%。
所述的正极材料通过两段真空球磨制成;第一段球磨是先将过氧化锂和催化剂真空球磨后,再加入多孔碳材料进行第二段球磨;其中球料比5~100:1。
所述的两段真空球磨是在真空条件下,先将过氧化锂和催化剂在转速50~1000r/min时球磨0.5~20小时后;加入多孔碳材料在转速50~1000r/min时再球磨0.5~20小时。
所述可脱嵌锂离子的材料的嵌锂电位不大于2.9V。
所述可脱嵌锂离子的材料为石墨、无定形碳、硅、硅的氧化物、硅合金、锡的氧化物、锡合金或钛酸锂中的一种或几种。
所述负极脱嵌锂材料容纳锂离子的摩尔量不少于正极活性物质的过氧化锂中锂离子的摩尔量;整个体系的容量由正极过氧化锂的量决定,负极材料过量,保证了负极材料的脱嵌锂容量足够大,满足正极材料锂离子的释放。
所述多孔碳材料的比表面积为100~3000m2/g。
所述多孔碳材料为活性碳、中间相碳微球、介孔碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种。
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