[发明专利]全封闭式金属-二氧化碳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全封闭式金属‑二氧化碳电池及其制备方法。其由电池外壳、负极材料、隔膜、电解质、正极材料组成，所述电解质中的溶质、溶剂或添加剂包含一种或几种可吸附CO₂的基团，即电解质中的溶质、溶剂或添加剂中包含具有可吸附CO₂的基团的物质。其制备方法包括：原料的处理；吸附CO₂的电解质的制备；全封闭式金属‑二氧化碳电池的组装。本发明的有益效果在于：削减了储气装置；根除气体泄漏和爆炸的安全隐患；降低装置密封性要求和操作难度；提高电池的密封性，防止外界空气进入电池；与常规电池构造相同，与常规电池生产设备兼容；可以依托现有电池生产条件，开展工业生产，在动力电池和储能电池领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种气体电池及其制备方法，特别是涉及一种金属-二氧化碳电池及其制备方法，应用于二次电池储能技术领域。

背景技术

锂离子电池作为当今最重要的电子储能器件，由于其理论容量限制，已经无法满足人们对日常消费电子产品、电动汽车和储备电源等领域高性能电池的更高需求。因此，寻求新的高能量密度的可充放电池体系，特别是能超越锂离子电池的体系，成为目前人们重要研究的方向。在所有的电池体系中，金属空气电池具有很高的理论比容量而成为研究的热点。

另一方面，人们大规模地使用化石燃料导致CO₂排放量急剧增加，而CO₂是全球气候变化的主要原因之一。因此，有效地捕获和转化CO₂气体，对解决环境问题具有重要的意义。Archer课题组在2013年首次提出了Li-CO₂电池，并研究了Li-CO₂电池在不同温度下的放电比容量，有效地将CO₂与电化学储能联系在一起。随后，陈军和丁轶课题组分别研究出了在室温条件下可充放电的Na-CO₂电池和Al-CO₂电池。

目前所采用的各类气体电池，均为以下设计：由金属负极、玻璃纤维隔膜、电解质以及正极组成。这些传统的开放性气体电池的工作过程需要外界不断地提供CO₂气体。

除此之外，电池装置需要承受一定的气体压力，从而阻止外界空气进入。例如李泓、陈军等课题组分别制备的Li-CO₂/O₂电池和Na-CO₂电池均为开放性电池，其制备过程均如下：按照一定的顺序在氩气保护的手套箱内组装成电池，所使用的正极壳是多孔正极壳，然后将组装好的电池装入具有两个通气/排气口的开放性容器内，置换原有的氩气并通入相应的反应气体。

因此，现有技术采用的这种传统的开放性气体电池，相对于现有的常规电池，如扣式电池、圆柱型电池或软包电池，存在以下技术问题：

1、工艺复杂，需要额外的气体电极和储气装置；

2、制备要求高，无法与常规电池组装或生产装备兼容；

3、储气装置带来气体泄漏和爆炸的安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种全封闭式金属-二氧化碳电池及其制备方法，在实现金属-CO₂电池的基础上，兼顾常规电池具有全封闭的优点。本发明的基本原理为：通过使用电解质吸附足量的CO₂气体，从而削减气体储存装置，实现所组装的金属-CO₂电池为全封闭态，与常规锂离子电池结构兼容。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全封闭式金属-二氧化碳电池，主要由电池外壳、金属负极、隔膜、电解质、正极组成，所述电解质中的溶质、溶剂或添加剂包含至少一种可吸附CO₂的基团的物质。即电解质中的溶质、溶剂或添加剂中包含具有可吸附CO₂的基团的物质。