[发明专利]促进碳酸盐分解的电解液及锂空气电池

说明书

本发明提供了促进碳酸盐分解的电解液及锂空气电池。具体地，本发明公开了一种用于促进碳酸盐分解的电解液，该电解液包括锂盐、有机溶剂和催化剂，其中催化剂为双核或多核酞菁过渡金属配位化合物。本发明还公开了相应的锂空气电池。本发明锂空气电池采用溶液相的碳酸盐分解催化体系，克服碳酸盐与固体电极之间电接触不良的情况，从而可有效降低碳酸盐的分解电位，能有效减少空气电极中的碳酸锂积累，进而改善电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂空气电池领域，更具体地，涉及促进碳酸盐分解的电解液及锂空气电池。

背景技术

锂-空气电池是理论能量密度最高的储能装置，是化学电源的发展方向。由于正极活性物质无需储存在电池内部，负极活性物质金属锂具有最高的比容量(3.81Ah·g^-1)和仅略高于钙金属体系的电位。因此锂空气电池的理论能量密度远高于目前的锂离子电池，达11680Wh·g^-1，与汽油接近，被认为是终极的二次电池。

锂-空气电池的组成包括：以金属锂为负极，以活性炭等材料构成的多孔电极为正极，正负极之间以电解液或固体电解质连接。

锂-空气电池的工作原理为：在放电过程中，正极的氧气得到电子，通过电化学还原与锂离子结合生成过氧化锂，而负极的金属锂失去电子氧化为锂离子并向正极迁移；充电过程中，正极的过氧化锂失去电子氧化分解，生成氧气和锂离子，而负极的锂离子则得到电子还原为金属锂。

自然界的空气中含有约0.3‰的二氧化碳，且二氧化碳在锂空气电池常用电解液溶剂中的溶解度远高于氧气，因此在锂空气电池实际运行中，二氧化碳会与放电产物(过氧化锂或氧化锂)发生反应生成碳酸锂，或直接与Li+、氧气和电子反应生成碳酸锂。此外，电解液和正极材料(一般为活性炭)在电池运行中会发生副反应分解，同样会生成碳酸锂。

碳酸盐在常温下不导电、不溶于锂空气电池常用电解液。在锂空气电池常用的充电电位下，其主要分解反应方程为：

2M₂CO₃→4M⁺+2CO₂+O₂+4e^- E⁰＝3.82V M＝Li,Na,K

由于这一氧化分解反应的过电位大(>0.675V)，因此在锂-空气电池和锂-二氧化碳/氧气电池的运行过程中会覆盖电极材料表面，阻碍活性物质传输，增加电池极化。许多研究表明碳酸锂的积累是锂空气电池失效的主要原因。

为了降低碳酸锂分解的活化能和过电位，需要采用合适的催化剂，但目前碳酸锂分解催化剂的研究极为缺乏，目前已被证实催化效果的碳酸锂分解催化剂有：金、铂、氧化镍。这些催化剂均为固态。由于其催化对象碳酸锂也为固态，因此在与催化剂接触良好的部分碳酸锂分解后，催化剂无法对与其接触不良的碳酸锂分解起到催化作用。

综上所述，在现有技术中尚缺乏高效促进碳酸锂分解的锂空气电池和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效促进碳酸锂分解的锂空气电池和方法。

本发明的另一目的是提供一种用于所述高效促进碳酸锂分解的锂空气电池的碳酸锂分解催化剂，以及含有所述分解催化剂的电解液。

在本发明的第一方面，提供了一种可用于锂空气电池的电解液，所述的电解液含有锂盐、有机溶剂和催化剂，

其中所述催化剂为双核或多核酞菁过渡金属配位化合物。

在另一优选例中，所述的催化剂具有两个或多个酞菁环，并且酞菁环之间以苯环相联接。

在另一优选例中，所述催化剂所含有2～8个，较佳地2-6个酞菁环。

在另一优选例中，所述的酞菁过渡金属配位化合物具有下式I结构：