[发明专利]一种微纳级球形结构锂空气电池

说明书

技术领域

本发明属于锂空气电池技术领域，具体涉及一种微纳级球形结构锂空气电池。

背景技术

锂空气电池以其高的理论比容量和比能量及对环境友好等特性而成为目前备受关注的能量转换体系。锂空气电池是以一种用锂金属作负极，以空气中的氧气作为正极反应物的电池。放电过程：阳极的锂释放电子后成为锂阳离子，锂离子穿过电解质材料，在阴极与氧气、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，并留在阴极。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极(以多孔碳为主)很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。理论上，由于氧气作为阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能为5,210Wh/kg(包括氧气质量)，或11,140Wh/kg(不包括氧气)。高出现有电池体系1-2个数量级，在军用和民用的高能量密度领域中具有重要的应用前景。

锂空气电池在长时间放电过程中，氧气在多孔空气电极表面还原成O^2-或O₂^2-，接着与电解液中的Li⁺结合生产产物Li₂O₂或Li₂O。由于过氧化锂和氧化锂均不溶解在有机电解液中，因此放电产物只能在有氧负离子或过氧负离子的空气电极上沉积，在阳极过量的情况下，放电的终止是由于放电产物堵塞空气电极孔道所致。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳级球形结构锂空气电池，克服锂空气电池在连续工作过程中，由于放电产物氧化锂或过氧化锂沉积在空气电极上，堵塞空气电极孔道导致放电终止的问题。

一种微纳级球形结构锂空气电池，该电池由锂金属球1、疏水型胶态电解质2、载有催化剂的碳布3和导线4构成；锂金属球1表面包覆疏水性胶态电解质2，疏水性胶态电解质2的表面包覆载有催化剂的碳布3，在锂金属球1和载有催化剂的碳布3处分别有导线4引出。

所述锂金属球1为锂或锂合金球体，半径小于100um。

所述疏水型胶态电解质2为不易挥发的疏水型离子液体胶态电解质，厚度在300-900um之间。

所述载有催化剂的碳布3中的催化剂为Pt、Au、Pd、PtAu、PtPd、AuPd、PtAuPd MnO₂、Fe₂O₃或Co₃O₄。

本发明的有益效果：本发明的微纳级球形结构锂空气电池锂金属球半径相对较小，胶态电解质的半径相对较大，锂空气电池正极表面积为负极表面积的几十倍，锂空气电池在长时间放电过程中，可以克服放电产物堵塞碳布的孔径而导致放电终止的问题，锂空气电池连续放电时间延长。

附图说明

图1为微纳级球形结构锂空气电池半球结构示意图；

图中，1-锂金属球、2-疏水型胶态电解质、3-载有催化剂的碳布、4-导线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例的微纳级球形结构锂空气电池由锂金属球1、疏水型胶态电解质2、载有催化剂的碳布3和导线4构成；锂金属球1表面包覆疏水性胶态电解质2，疏水性胶态电解质2的表面包覆载有催化剂的碳布3，在锂金属球1和载有催化剂的碳布3处分别有导线4引出收集电流。锂金属球1为锂或锂合金球体，半径小于100um。疏水型胶态电解质2为不易挥发的疏水型离子液体胶态电解质，厚度在300-900um之间。载有催化剂的碳布3中的催化剂为Pt、Au、Pd、PtAu、PtPd、AuPd、PtAuPd MnO₂、Fe₂O₃或Co₃O₄。

本实施例的电池结构中锂金属球半径相对较小，胶态电解质的半径相对较大，由球形的表面积公式S＝4πR²，可知球形的表面积与半径的平方成正比，因此，此结构的锂空气电池正极表面积为负极表面积的几十倍。正是由于电池正极的面积远大于负极，可以解决锂空气电池放电过程中，放电产物堵塞碳布的孔径，使得气体与电解液不能在催化剂表面形成三相界面而导致放电终止的问题。在同等条件下，此结构的锂空气电池连续放电时间会延长十几甚至上百倍。