[发明专利]一种醚类电解液及锂空气电池

说明书

技术领域

本发明属于锂空气电池技术领域，尤其涉及一种醚类电解液及锂空气电池。

背景技术

锂空气电池是利用锂金属或锂化合物作为负极活性物质，利用氧气作为正极活性物质，可以进行反复充放电的电池。充放电时电极反应如下：

放电时负极反应：Li→Li⁺+e^-；

正极反应：O₂+2Li⁺+2e^-→Li₂O₂；

充电时负极反应：Li⁺+e^-→Li；

正极反应：Li₂O₂→O₂+2Li⁺+2e^-。

与目前成熟的锂离子电池技术相比，锂空气电池的质量能量密度是锂离子电池的3倍到5倍。锂空气电池由于理论比能量高、环境友好、原材料丰富、单位能量造价低廉等优点而受到电池届人士的关注。

现有技术中，研究者选用碳酸酯类电解液，即锂离子电池电解液，作为锂空气电池电解液进行电池性能测试，对充放电中间产物及终产物进行分析。结果表明：此类电解液在反应过程中发生了明显的降解，生成大量的碳酸盐、烷基碳酸盐等副产物，且充电反应过程中释放出的气体主要为CO₂，而非O₂，严重影响了锂空气电池的性能。后来研究者开发了乙腈类电解液和砜类电解液，但是乙腈类电解液极易挥发；砜类电解液在充电末期发生分解生成碳酸盐类副产物，此副产物不能在后续充电反应过程中完全氧化分解，随着循环过程在电极表面累积，使得锂空气电池的长循环稳定性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种醚类电解液及锂空气电池，本发明提供的醚类电解液使得锂空气电池具有优异的长循环稳定性。

本发明提供了一种醚类电解液，包括锂盐和有机溶剂；

所述有机溶剂包括乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基醚和四乙二醇二甲基醚中的一种或多种。

优选地，所述有机溶剂的含水量小于等于5ppm。

优选地，所述锂盐包括LiN(SO₂CF₃)₂、LiClO₄、LiBF₄和LiPF₆中的一种或多种。

优选地，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为0.05mol/L～2.0mol/L。

优选地，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为0.1mol/L～1.5mol/L。

优选地，所述锂盐的含水量小于等于10ppm。

优选地，所述醚类电解液还包括添加剂；

所述添加剂包括LiNO₃、Li₂SO₄、LiF、LiCl、LiBr和Li₃PO₄中的一种或多种。

优选地，所述添加剂在所述有机溶剂中的摩尔浓度小于等于0.01mol/L。

优选地，所述添加剂的含水量小于等于10ppm。

本发明提供了一种锂空气电池，包括正极、隔膜、负极、电解液和电池外壳，其特征在于，所述电解液为上述技术方案所述的醚类电解液。

本发明提供了一种醚类电解液，包括锂盐和有机溶剂；所述有机溶剂包括乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基醚和四乙二醇二甲基醚中的一种或多种。本发明提供的醚类电解液具有不易挥发、氧气溶解度高、电化学稳定窗口宽等优点，尤其对放电中间产物O₂^-或LiO₂、放电终产物Li₂O₂具有优异的化学稳定性，因此，本发明提供的醚类电解液制备的锂空气电池具有优异的长循环稳定性。

实验结果表明，应用本发明的醚类电解液组装的锂空气电池，在100mA/g电流密度下，限制容量1000mAh/g充放电循环，30次循环未见明显的充放电曲线变化。

另外，本发明提供的醚类电解液制备的锂空气电池具有优异的库伦效率和倍率性能。实验结果表明：本发明提供的锂空气电池的库伦效率在30次充放电循环为100％；电流密度为300mA/g时，放电比容量为5500mAh/g。

附图说明