[发明专利]多层电解质锂空气电池

说明书

技术领域

本发明属于锂空气电池技术领域，特别是涉及一种多层电解质锂空气电池。

背景技术

锂空气电池是以金属锂作为负极，空气电极为正极的高比能量电池，其预计可实现的比能量为1000Wh/kg以上，是新一代高能电池。

目前，对锂空气电池的研究按照所采用电解液的不同可以分为水体系锂空气电池和有机体系(即非水体系)锂空气电池。对于有机体系锂空气电池而言，当电池在空气中工作时，空气中的水分和二氧化碳会渗透进入电解液中，进而渗透到负极金属锂表面发生副反应，同时，电池工作过程中正极活性物质氧气也会通过在电解液中的扩散而到达金属锂表面并发生反应，从而降低了电池负极的利用率，同时带来内阻增大等问题，无法实现电池的长期高效工作；而水体系锂空气电池是利用非水电解液/固体电解质/水溶液电解液的多层电解液体系，但是由于采用了水性电解液，在空气环境中给电池的安全性带来了隐患，并且一旦固体电解质在工作中出现破裂，则水溶液将直接与金属锂接触，造成严重的安全性问题。因而目前的两种体系锂空气电池都难以达到实用化程度。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种多层电解质锂空气电池，该电池能够在普通空气环境中长期高效工作并具有良好的安全性。

本发明多层电解质锂空气电池采用如下技术方案：

多层电解质锂空气电池，包括壳体、位于壳体内壁的正极和位于壳体中心的负极；所述正极为焊有正极集流体的空气电极；所述负极为带有负极集流体的金属锂，空气电极和金属锂之间有固体电解质膜，其特征在于：金属锂与固体电解质膜有过渡电解质，空气电极与固体电解质膜之间有液体离子电解液电解质。

而且，所述固体电解质膜为厚度50-5000μm之间，离子电导率10^-4S/cm以上的NASICON玻璃陶瓷膜。

而且，所述过渡电解质为直接沉积于固体电解质膜表面的LiPON锂离子固体薄膜、液态有机电解液、离子液体、胶态、全固态有机电解质中一种。

而且，所述离子液体电解液电解质为咪唑类或哌啶类的高氯酸盐、六氟磷酸盐、四氟硼酸盐、三氟甲基磺酸盐中一种。

而且，所述离子液体电解液电解质中含有电解液总含量40％以下的有机溶剂，所述有机溶剂为一丁基三甲基咪唑六氟磷酸盐、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂和丁内酯中一种。

而且，所述空气电极由正极集流体、空气反应层和空气传输层热压构成：

而且，所述正极集流体为孔径10目-100目的铝网、钛网或铁网。

而且，所述负极集流体为铜网。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明多层电解质锂空气电池采用过渡电解质/固体电解质/离子液体电解液电解质的多层电解质保护，防止了水分、二氧化碳和氧气接触到金属锂负极，有效保护了金属锂负极，而离子液体具有不可燃性和不挥发的性质，其替代水溶液改善了电池在破坏条件下的安全性。保证了锂空气电池在普通空气条件下负极利用率和内阻不受影响，实现锂空气电池在空气环境中的长期高效工作，又保证电池具有良好的安全可靠性。

附图说明

图1是本发明多层电解质锂空气电池剖视结构示意图；

图2是本发明长期使用后金属锂表面形貌图；

图3是普通锂空气电池长期使用后金属锂表面形貌图。

其中，1-正极集流体，2-空气电极，3-离子液体电解液电解质，4-固体电解质，5-过渡电解质，6-负极集流体，7-金属锂，8-电池壳体。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种多层电解质锂空气电池，包括电池壳体8、位于电池壳体内壁的正极和位于壳体中心的负极；所述正极为焊有正极集流体1的空气电极2；所述负极为带有负极集流体6的金属锂7，空气电极和金属锂之间有固体电解质4。

本发明的创新点是：

金属锂与固体电解质膜有过渡电解质5，空气电极与固体电解质膜之间有离子液体电解液电解质3。

实施例1：参照附图1。

根据文献(Solid State Ionics，171(2004)：207-213.)采用的方法制备NASICON固体电解质膜，将该材料进行高温熔融、淬冷成型、微晶化、机械精加工制得厚度约130μm、离子电导率达到10-4S/cm以上的致密的玻璃陶瓷电解质膜。