[发明专利]锂空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂空气电池。

背景技术

报告显示，利用空气中的氧气作为正极活性物质的锂空气电池不断从电池外部接收氧气，且电池内部能够填充大量阴极活性物质金属锂，因此具有相当大的放电容量。

图1显示这种锂空气电池的基本结构。如图1所示，锂空气电池的结构是将利用碳的气体扩散型氧电极作为阳极10，使用金属锂或锂化合物作为阴极20，且在所述阳极10与阴极20之间配置有机电解液30。

这种锂空气电池中，阴极20的金属锂（Li）溶解于有机电解液30中并成为锂离子（Li⁺+e^-）而到达阳极10，且与阳极内的空气中的氧气O₂发生反应，生成氧化锂（Li₂O），从而实现放电。并且，通过在两电极之间接入高电压，使如上生成的氧化锂（Li₂O）进行还原，从而实现充电。

充电时：Li⁺+e^-->Li4OH^-->O₂+2H₂O+4e^-

放电时：Li->Li⁺+e-O₂+2H₂O+4e-->4OH^-

现有的这种空气电池将有机溶剂作为电解质使用，但是就这种有机溶剂而言，具有挥发性且与水发生混合，因此在长时间使用时存在安全性问题。并且，在向阳极供给空气的过程中，所述阳极因空气中所含的水分、二氧化碳等而发生劣化，而且所述空气中的水分、二氧化碳等通过有机电解液传递至阴极并与阴极内的锂发生反应而使阴极劣化，结果存在降低空气电池的充放电特性的问题。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种空气电池系统，其通过防止电解液减少或水分渗透，以使防止阳极和阴极劣化，从而能够长期安全地工作。

技术方案

为了达成上述目的，本发明提供一种锂空气电池，其包括：包含电子导电性物质的阳极；隔膜；溶有锂盐的有机电解液及可吸藏和放出锂的阴极。

本发明的特征在于，所述阳极是涂有电子导电性物质的碳布、碳纸、碳毡或氧选择性渗透膜。本发明中，所述阳极包括作为阳极活性物质发挥作用的氧进行电化学反应的气体扩散型电极，为此可以不使用额外的集电体，而使用涂有电子导电性物质的碳布、碳纸、碳毡或其他氧选择性渗透膜。所述氧选择性渗透膜可以使用用于制备以往燃料电池的气体扩散层的膜。

本发明的气体扩散型阳极可通过如下方法来制备：混合电子导电性物质和粘合剂，将所述混合物涂布于金属网等集电体上，或者将所述电子导电性物质与粘合剂的混合物以浆料的形式涂布于金属网上并进行干燥。通过这种方法制成的气体扩散型电极的一面暴露于大气，另一面与电解液相接触。

本发明的气体扩散型阳极电极上的放电反应可以表示如下：

2Li⁺+O₂+2e^-->Li₂O₂ （1）

或者2Li⁺+1/2O₂+2e^-->Li₂O （2）

所述式中锂离子Li+从阴极通过电解质移动至阳极表面。并且，氧气O₂从大气进入气体扩散型电极内部。通过所述放电反应生成的Li₂O₂或Li₂O析出于阳极上，若阳极上的反应区域全部被覆盖，则结束放电反应。另外，充电时的电极反应是上述反应式（1）、（2）的逆向反应，产生的氧气向电池外部排出，且锂离子通过电解质再次进入阴极。

本发明的特征在于，所述电子导电性物质选自碳材料、金属粉末及聚苯衍生物，其中，所述碳材料由碳黑、科琴黑、乙炔黑、活性炭粉末、碳分子筛、碳纳米管、碳纳米线、具有微孔的活性炭、介孔碳及石墨构成，所述金属粉末由铜、银、镍及铝构成。为了增加气体扩散型电极中阳极上的反应区域并提高催化剂的分散度，优选使用粒径为40nm以下且表面积为1000m²/g以上的所述电子导电性物质。