[发明专利]低极化锂氧气电池组

说明书

本发明涉及锂空气电池组，其包括阴极、布置在阳极与阴极之间的隔膜和阳极，阴极包括包含涂覆有炭黑的固体导电性材料的气体扩散层，气体扩散层至少部分地填充有气态空气，隔膜包含非导电性过滤材料，过滤材料至少部分地浸渍有液体电解质，阳极包含选自锂金属、能够与锂合金化的材料、金属氧化物及其混合物的材料，其中电解质包含N,N‑二乙基‑N‑甲基‑N‑(2‑甲氧基乙基)铵双(三氟甲磺酰)亚胺盐(DEME‑TFSI)作为疏水性离子液体和双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)作为锂盐，和其中气态空气、液体电解质和固体导电性材料的三个相至少在气体扩散层的一个点处接触。本发明还涉及用于制备锂空气电池组的方法和锂空气电池组在机动车辆中的用途。

技术领域

本发明涉及锂空气电池组、其制备方法和该电池组在机动车辆中的用途。

背景技术

锂-氧气(Li-O₂)或锂-空气电池组，如它们的俗称那样，被认为是具有未来潜力的技术。理论上，该技术提供了与汽油类似的比能量和能量密度。因此似乎可能使电动车辆行驶到550km以上的范围。

尽管所有锂-空气电池组的结构方面存在相当大的差异，但它们运行的基本原理还是基于以下：在放电期间，带正电的锂离子经由电解质从锂金属或合金的负电极转移至正电极，在正电极处锂离子与氧气(O₂)首先反应成超氧化锂(LiO₂)，然后反应成过氧化锂(Li₂O₂)。当对电池组充电时，逆转该过程：在正电极处释放氧气(O₂)，在负电极处沉积金属锂沉积，或形成锂合金。

Takechi K.等人，ACS Energy Lett.2017,2,694-69检验了这样的可能性：将阴极上的氧还原反应解偶联以及在主体(bulk)电解质中形成和储存超氧化物锂和过氧化锂，并且因此避免了在电池放电期间在阴极上的电解质的沉积。研究了包含未涂覆的碳纸阴极和DEME-TFSI电解质而没有添加任何锂盐的锂-空气电池组的放电特性、放电产物和在运行期间的阴极变化。作为对照，使用含DEME-TFSI/LiTFSI的电解质。

发明内容

所要解决的问题在于提供具有改进的特性的锂空气电池组。另外的目的在于提供用于其制备的方法及其用途。

这些目的通过根据权利要求1(在下文称为第一方面)的锂空气电池组、根据权利要求8(在下文称为第二方面)的方法以及根据权利要求9(在下文称为第三方面)的用途。在从属权利要求中示出优选的实施方案。

如果适用的话，以下定义适用于本发明的所有方面。

电池组

电池组意指可充电电池组(二次电池组)以及不可充电电池组(一次电池组)二者。尤其出于本发明的目的，“电池组”还包括单个或仅有的“电化学电池”。优选地，在“电池组”中将两个或更多个这样的电化学电池串联(即，相继地)或并联连接在一起。

电极

根据本发明的电化学电池具有至少两个电极，即正电极(阴极)和负电极(阳极)。

两个电极各自具有至少一种活性材料。其能够吸收或释放锂离子并且同时吸收或释放电子。

术语“正电极”意指当将电池组连接至负载，例如连接至电机时，能够接收电子和锂阳离子的电极。在该命名法中其为阴极。

术语“负电极”意指当将电池组连接至负载，例如连接至电机时，能够在运行期间释放电子和锂阳离子的电极。在该命名法中其代表阳极。