[发明专利]锂空气电池及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气电池领域，特别涉及一种锂空气电池及制作该锂空气电池的方法。

背景技术

有机体系锂空气电池在当前诸多的电池体系中具有较高的能量密度，理论能量密度为5200Wh/kg，在实际应用中，氧气由外界环境提供，因此，排除氧气的质量后，有机系锂空气电池的能量密度达到11140Wh/kg，高出现有电池体系的1-2个数量级。因此，目前作为超越正被广泛应用的锂离子电池的高容量二次电池而备受关注。

然而，锂空气电池的研究刚刚起步，其应用仍面临着巨大的挑战。其中，在开放的在空气气氛下工作时，锂空气电池需要解决如何防止水汽进入电解液的问题，这是因为，有机液体电解液体系容易吸收水分而导致锂负极在空气中腐蚀。另外，通常的有机液体电解质存在容易挥发的问题，从而会影响电池的容量、使用寿命及电池的安全性。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种能在敞开的空气环境中稳定工作的锂空气电池。

本发明的另一目的在于提出一种锂空气电池的制作方法。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种锂空气电池，包括空气正极、锂负极以及填充在所述空气电极和锂负极之间的有机电解液，其中，在所述空气电极的邻近所述有机电解液的一侧表面上设置有固体电解质层。

根据本发明第一方面实施例的锂空气电池，由于在空气正极的邻近所述有机电解液的一侧表面上设置有固体电解质层，该固体电解质层既防止有机电解液向空气中挥发也可以抑制空气中的水分进入锂空气电池内部，从而使得锂空气电池能在敞开的工作环境中稳定工作。

另外，根据本发明上述实施例的锂空气电池还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述空气正极包括金属铝箔和形成于所述金属铝箔上的氧催化剂层。

根据本发明的一个实施例，所述氧催化剂层由载体和氧催化剂材料形成，所述氧催化剂材料选自铂纳米颗粒、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几种材料形成。

根据本发明的一个实施例，所述氧催化剂层中氧催化剂材料的质量含量为为氧催化剂层总质量的5％以下。

根据本发明的一个实施例，所述固体电解质层由掺杂有过渡金属元素的氮化磷酸锂构成，所述过渡金属元素包括Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例，在所述掺杂有过渡金属元素的氮化磷酸锂中，所述过渡金属元素的含有率相对于磷原子为1-50原子％。

根据本发明的一个实施例，所述固体电解质层由Li_2.8PO_3.45N_0.3PT_0.2构成。

根据本发明的一个实施例，所述固体电解质层的厚度为0.1-0.2微米。

本发明第二方面提出锂空气电池的制作方法，包括以下步骤：a)提供空气正极；b)在所述空气正极的表面上沉积固体电解质层；以及c)将沉积有所述固体电解质层的空气正极、有机电解液以及锂负极依序装配成锂空气电池，其中所述空气电极的沉积有固体电解质层一侧表面与所述有机电解液相邻。

根据本发明第二方面实施例的锂空气电池的制作方法，通过在空气正极的邻近有机电解液的一侧表面上设置固体电解质层，可以防止有机电解液向空气中挥发，同时抑制空气中的水分进入锂空气电池内部，从而使得锂空气电池能在敞开的工作环境中稳定工作。

另外，根据本发明上述实施例的锂空气电池的制作方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述步骤a)包括：a-1)提供多孔铝箔基底；a-2)对所述多孔铝箔基底进行清洗并干燥；a-3)从所述多孔铝箔基底上引出正极引出线；以及a-4)在所述多孔铝箔基底上设置氧催化剂层，得到空气正极。

根据本发明的一个实施例，在步骤a-2)中，对所述多孔铝箔基底用丙酮进行清洗后再使用蒸馏水清洗3-5次。

根据本发明的一个实施例，在步骤a-3)中，在所述多孔铝箔基底上焊接镍片作为正极引出线。