[发明专利]一种高能量密度金属锂-空气电池及其制作方法

权利要求书

1.一种高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于所述的电池依次由金属锂阳极复合体(1)、电解液室(3)、空气电极复合体(2)三部分组成，且电解液室与金属锂阳极复合体和空气电极复合体电绝缘；其中，金属锂阳极复合体依次由锂离子选择传导膜、金属锂源提供体和弹性支撑体构成；电解液室由液体储存室和毛细微通道构成，毛细微通道位于电解液室的顶部和底部，中间为液体储存室；空气电极复合体由空气电极和透气膜复合而成。

2.按权利要求1所述的高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于：

①所述的金属锂阳极复合体中金属锂源提供体的物理构型为带状、片状、箔状、棒状、柱状或粒状；

②所述的锂离子选择性传导膜为LiPON膜、LiSiCON膜、Li₃N膜或其它经改性具有锂离子传导功能的无机或有机膜；

③所述的弹性支撑体是由镀镍不锈钢、碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢和铬钒钢中的任何一种或者几种构成；

④所述的金属锂阳极复合体是在硅或SOI上的硅片形成的矩形空的方框体内。

3.按权利要求1所述的高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于所述的电解液室的基体材料为硅、SOI硅、陶瓷、有机玻璃、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯橡胶中的一种或几种。

4.按权利要求1所述的高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于硅或SOI上的硅基表面电子绝缘性层的主要成份为SiO₂或Si₃N₄，通过它与金属锂阳极复合体和空气电极复合体绝缘。

5.按权利要求1所述的高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于电解液室的顶部和底部的毛细微通道尺寸为1-50μm。

6.按权利要求1-5中任一项所述的高能量密度金属锂-空气电池，其特征在于所述的金属锂-空气电池的能量密度为300-700wh/kg，以碳计量的电池比容量为1000-2500mAh/g。

7.制作如权利要求1-5中任一项所述的高能量密度金属锂-空气电池的方 法，其特征在于使用MEMS方法先制作出三个部件，然后将三个部件封装而成。

8.按权利要求7所述的高能量密度金属锂-空气电池的制作方法，其特征在于包括：

A、电解液室制作

1)将电解液室的基体材料，通过MEMS干法湿法工艺制作出电解液室，并灌入电解液；

2)采用MEMS技术、激光刻蚀/雕刻方法，铸模或机械加工技术中的一种或几种方法在步骤1)制作的电解液室的顶部和底部分别制作出毛细微通道；

B、金属锂阳极复合体制作

1)在硅或SOI上的硅形成的矩形空的方框体内先设置弹性支撑体；

2)在弹性支撑体上放置活性锂源提供体，然后采用磁控溅射或化学气相沉积方法在活性锂源提供体上表面制作锂离子选择性传导膜；

C、空气电极复合体的制作

1)空气电极是由已有的燃料电池空气电极的制作方法或通过MEMS技术，结合电化学技术制作而成单层空气电极或双层不同孔径的复合空气电极；

2)在步骤1)制作的空气电极上制备透气膜，所述的透气膜由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性料中的一种或几种组成的复合透气膜；

D、将步骤A、B、C制作的复合体键合。

9.按权利要求8所述的高能量密度金属锂-空气电池的制作方法，其特征在于：

①制作空气电极时使用的催化剂为Pt、Pt-Ru、Pd、PdCo、Co₃O₄、Fe₃O₄、MnO₂或Fe₂O₃中的任何一种或几种；

②催化剂为碳载或无碳载形式；

③所述的空气电极为含微孔通道的空气电极。

10.按权利要求8所述的高能量密度金属锂-空气电池的制作方法，其特征在于：

①所述的电解液室的电解液为含六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂 或几种混合，浓度为0.1-3.0M；

②电解液的有机溶剂为乙腈、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、二甲氧基乙烷、丁内酯中的一种或几种的混合；

③电解液为含二氧化硫、二氧化碳、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸乙烯酯、二乙基亚硫酸酯和二甲基亚硫酸酯中的一种或几种功能添加剂。