[发明专利]一种利用高压提高金属-空气电池性能的方法

说明书

本发明提供了一种利用高压提高金属‑空气电池性能的方法，包括步骤如下：将金属‑空气电池置于高压容器中，向高压容器内充入含氧气体至高压容器内的压力为15～2000大气压，然后维持恒压并静置2‑6小时。本发明的方法可以提高金属‑空气电池的容量，还可以显著改善电池的倍率性能和稳定性，满足对大功率动力电池的实用化要求，本发明的方法中不使用有毒材料，电池的制造成本更低、使用安全性更高，因此特别适合于大规模生产和应用。

技术领域

本发明涉及一种利用高压提高金属-空气电池性能的方法，属于新能源技术领域。

背景技术

由于化石燃料储量有限，以及大量燃烧化石燃料导致温室效应和环境污染问题，目前对于高能量密度的新型清洁能源的需求日益迫切。其中，燃料电池和二次电池是人们关注的热点。在燃料电池中，氢燃料电池有着反应物储量充足，能量密度高的优点，但是反应物的生产成本高且易燃易爆，因此大规模生产和使用氢燃料电池受到很大限制。锂离子电池作为目前应用范围最广泛的二次电池，具有稳定性高、可重复充电使用等优点，但是这类电池低的能量密度限制了它们作为动力电池在大型设备上的应用。因此，研制具有大容量、高稳定性和优良倍率性能的二次电池具有十分重要的实际应用价值。

金属-空气电池因为具有很高的比能量密度，是大功率动力电池的极有前途的候选者。目前常见的金属-空气电池以碱金属、碱土金属和部分过渡金属为负极，以纯氧气或空气中的氧气作为正极活性物质，常见的金属-空气电池有锂-氧电池，镁-空气电池、锌-空气电池，铝-空气电池等。区别于通常的锂离子电池，金属-空气电池采用开放的结构，以使空气或氧气可以到达正极参与反应。因此，从理论上讲正极的容量无上限，也使得金属-空气电池的能量密度远高于其他二次电池。但是，由于充-放电机制的限制，金属-空气电池的大倍率性能普遍很差，循环寿命明显短于通常的锂离子电池。作为大功率动力电池，除了要有尽可能高的能量密度外，优良的倍率性能和尽可能长的循环寿命是另外两个必备的条件。正因为如此，目前的金属-空气电池还远未达到实用化的要求。

为了解决这些问题，研究人员尝试了各种方法，包括在正极片上加载催化剂、研制合适的电解液、在电解液中添加氧化还原引发剂、缓蚀剂，以及对易腐蚀金属负极采取保护措施等。这些方法确实可以有效地改善电池的倍率性能和延长寿命，但是同样会增加电池的制备难度和成本、降低比容量，限制了电池的大规模商业化应用。再有，由于金属-空气电池是开放的结构，添加成分的毒性也会影响使用安全。

因此，亟需开发一种新的成本低廉、安全性更高的提高金属-空气电池性能的方法，实现金属-空气电池的大倍率、长寿命稳定放电，从而使金属-空气电池满足作为大功率动力电池的要求。为此，提出本发明。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用高压提高金属-空气电池性能的方法。本发明的方法，可以有效地提高氧气在电解液中的溶解度，从而突破氧气在电解液中溶解度低和输运慢的瓶颈，实现金属-空气电池的大倍率、长寿命稳定放电；再有，本发明的方法无需使用的贵金属和有毒化学试剂，电池制造成本低廉、安全性更高，特别适用于大规模生产及应用。

术语说明：

大气压：本发明中一个大气压指的是0.1MPa。

本发明的技术方案如下：

一种利用高压提高金属-空气电池性能的方法，包括步骤如下：

将金属-空气电池置于高压容器中，向高压容器内充入含氧气体至高压容器内的压力为15～2000个大气压，然后维持恒压并静置2-6小时。

根据本发明，优选的，所述的金属-空气电池为锂-氧电池、镁-空气电池、镁-氧电池、铝-空气电池、铝-氧电池、锌-空气电池或锌-氧电池。

根据本发明，优选的，所述的含氧气体为氧气、氧气-氮气混合气体、氧气-氩气混合气体、氧气-氖气混合气体或压缩空气；进一步优选为氧气或氧气-氩气混合气体。