[发明专利]一种正极分区模式锂空气电池

说明书

技术领域

本发明属于锂空气电池制备技术领域，具体涉及一种正极分区模式锂空气电池。

背景技术

锂空气电池是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：负极的锂释放电子后成为锂阳离子，锂离子穿过电解质材料，在正极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂(Li₂O)或者过氧化锂(Li₂O₂)，并留在正极，锂空气电池的开路电压为2.91V。充电过程：通过导线供应电子，锂离子由正极穿过液到达负极表面，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。锂空气电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其正极(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，由于氧气作为正极反应物不受限，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)。相对与其他的金属空气电池，锂空气电池具有更高的比能量。因此，锂空气电池以其高的理论比容量和比能量以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。

由于放电产物氧化锂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。如何解决上述问题，成为了锂空气电池能否得到成功应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种正极分区模式锂空气电池，克服放电产物不易分解，沉积在电极表面，堵塞电极孔道导致放电终止的问题。

一种正极分区模式锂空气电池，该电池的正极分成相互交错分布的放电区与充电区，放电区采用MnO₂、Fe₂O₃或Co₃O₄催化剂，充电区采用铂合金催化剂。

所述Pt合金催化剂为PtAu、PtPd、PtAuPd催化剂。

所述放电区采用的催化剂载量为0.5-5mg/cm²，充电区采用的催化剂载量为0.2-2mg/cm²。

本发明的有益效果：本发明的正极分区模式锂空气电池克服了放电产物不易分解，沉积在电极表面，堵塞电极孔道导致放电终止的问题。锂空气电池的充放电次数可以提高到70次以上。

附图说明

图1为正极分区模式锂空气电池正极结构示意图；

图中，1-放电区、2-充电区。

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。

实施例1

本实施例正极分区模式锂空气电池正极结构如图1所示，该电池的正极分成相互交错分布的放电区与充电区，其中放电区采用MnO₂催化剂，充电区采用PtAu催化剂，MnO₂催化剂载量为0.5mg/cm²，PtAu催化剂载量为0.5mg/cm²。

该电池结构充放电过程相对独立，放电过程中，在MnO₂催化剂的作用下，锂离子与氧离子结合生成放电产物氧化锂，产物沉积在MnO₂催化剂的周围，即PtAu催化剂的表面；在充电过程中，在PtAu催化剂的作用下，氧化产物氧化锂将分解为锂离子与氧离子。锂空气电池的充放电次数可以提高到70次以上。

实施例2

本实施例正极分区模式锂空气电池正极结构如图1所示，该电池的正极分成相互交错分布的放电区与充电区，其中放电区采用Fe₂O₃催化剂，充电区采用PtPd催化剂，Fe₂O₃催化剂载量为1mg/cm²，PtPd催化剂载量为0.2mg/cm²。

该电池结构充放电过程相对独立，放电过程中，在Fe₂O₃催化剂的作用下，锂离子与氧离子结合生成放电产物氧化锂，产物沉积在Fe₂O₃催化剂的周围，即PtPd催化剂的表面；在充电过程中，在PtPd催化剂的作用下，氧化产物氧化锂将分解为锂离子与氧离子。锂空气电池的充放电次数可以提高到70次以上。

实施例3