一种可快速封装的双面软包锂空气电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可快速封装的双面软包锂空气电池及其制备方法，该电池由上透气膜、上压敏胶黏层、上正极集流体、正极材料、隔膜、锂负极、隔膜、正极材料、下正极集流体、下压敏胶黏层、下透气膜依次序层叠并注入电解液封装而成。相比于以往设计，本发明专利技术所述电池通过上压敏胶黏层和下压敏胶黏层的边缘直接粘合实现快速封装，无需采用热封；另一方面本发明专利技术所述透气膜与正极集流体紧密贴合在一起，使锂空气电池具有反应均匀、比能量高、一致性好等优点。

A fast double soft package lithium air battery and its preparation method

The invention discloses a fast double soft package lithium air battery and a preparation method thereof, the battery is composed of breathable film, pressure-sensitive adhesive layer and the anode current collector, cathode material, lithium anode, diaphragm, diaphragm and cathode material, anode current collector, pressure-sensitive adhesive layer, breathable film in turn stacked in sequence and is filled with electrolyte packaged. Compared to the previous design, the battery of the invention by the pressure-sensitive adhesive layer and pressure-sensitive adhesive layer under the edge of direct bonding to achieve fast package, without the use of heat sealing; on the other hand the breathable film and cathode collector tightly together, so that the lithium air battery has the advantages of uniform reaction, high specific energy good consistency, etc..

【技术实现步骤摘要】
一种可快速封装的双面软包锂空气电池及其制备方法
本专利技术涉及电池
，特别是涉及一种可快速封装的双面软包锂空气电池及其制备方法。
技术介绍
锂空气电池是一种以金属锂或含锂合金作为负极，以空气中的氧气作为正极反应物的一种高比能化学电源，其具有超高比能、环境友好、成本低廉等一系列独特优点。作为一种极有前景的新体系电池，各国技术路线图均明确地将锂空气电池作为未来新电池体系研发的重点方向之一，其在动力电源、航空航天、国家安全、大型储能电站等诸多领域具有广泛的应用前景。由于锂空气电池的正极反应物是空气中的氧气，电池放电时，氧气从外界进入到正极处发生氧还原反应(ORR)；电池充电时，氧气从正极处析出(OER)。目前对于大容量锂空气电池，多采用软包式锂空气电池，电池采用“透气膜-正极-隔膜-负极…”叠片式设计，在电池工作时，氧气通过透气膜进入电池内部到达正极，同时电池需要封装以防止电解液泄露。传统的软包锂空气电池封装工艺较为复杂，如在专利CN201410066661.4中，为同时达到气体交换和封装的目的，该专利在封装材料铝塑膜上开洞，用透气膜覆盖孔洞并密封边缘，这种做法工艺较复杂且氧气仅能从开洞处进出电池，不利于大面积空气正极的均匀反应。另外，铝塑膜等热封膜在封装时需要在高温下热封，如铝塑膜要在150～200℃温度下热压数秒，由于有机电解液体系的沸点较低(如DME：83℃，DMC：90℃,DMSO：189℃)，热封易导致电解液挥发甚至分解。当前，针对锂空气电池用的透气膜已有相关的研究，如在专利CN201410146107.7中，研究者通过在聚偏氟乙烯中引入石墨、乙炔黑和硫酸钠，制备出致密且具有防水透气功能的透气膜。但是，目前已有研究并未考虑透气膜与空气正极间分层对空气正极均匀反应及容量的影响，由于在充电时空气正极处放电产物氧化产生氧气，锂负极在有水份存在的情况下会发生析氢反应，产生氢气，这些气体容易富集在透气膜与空气正极之间，导致透气膜与空气正极间出现分层，产生不均匀的缝隙，继而导致后续反应时，氧气很难通过透气膜均匀到达空气正极，最终导致正极反应不均匀，部分区域容量无法有效发挥；同时层间缝隙降低了氧气与空气正极间气体交换的速率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种可快速封装的双面软包锂空气电池及其制备方法，利用透气膜及压敏胶黏层在边缘处多出的可粘合空白区域直接压实粘合封装，可实现锂空气电池的快速封装，减少电解液在空气中暴露的时间，降低吸附引入杂质的几率，并且由于避免了热封工艺，可以有效防止热封导致的电解液挥发及副反应发生；另一方面，透气膜与正极集流体通过压敏胶黏层进行无缝紧密粘合，从而提高空气正极的反应均匀性及一致性，9cm×9cm的大面积空气正极单位面积比容量达到16.2mAh/cm2，电池比能量达到432Wh/kg；最后，压敏胶黏层的引入也可以进一步抑制电池内部电解液挥发及外界水分对电池的影响。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种可快速封装的双面软包锂空气电池，由上透气膜、上压敏胶黏层、上正极集流体、正极材料、隔膜、锂负极、隔膜、正极材料、下正极集流体、下压敏胶黏层、下透气膜依次序层叠并注入电解液封装而成，电池通过上压敏胶黏层和下压敏胶黏层的边缘直接粘合实现快速封装，上、下正极集流体与锂负极分别有可供外电路连接的极耳伸出。所述上、下透气膜与上、下压敏胶黏层尺寸一致，上、下透气膜及上、下压敏胶黏层尺寸大于所述隔膜尺寸，所述隔膜尺寸大于所述上、下正极集流体及所述锂负极尺寸。上透气膜与上正极集流体通过上压敏胶黏层以粘结方式紧密复合在一起，同样的，下透气膜与下正极集流体通过下压敏胶黏层以粘结方式紧密复合在一起。在这样的设计中，所述上、下透气膜作为选择透气层，允许氧气从上下两面均匀地进出电池，但同时起到抑制电解液挥发及外界水分进入的作用；所述正极集流体作为骨架结构及集流层，提供机械结构支撑并负载正极材料；所述压敏胶黏层一是电池封口时可直接利用上、下两层压敏胶黏层边缘多出的可粘合空白区域以粘合的方式进行电池封装，从而实现锂空气电池的快速封装，减少电解液在空气中暴露的时间，降低吸附引入杂质的几率，并且由于避免了热封工艺，可以有效防止热封导致的电解液挥发及副反应发生；二是用于粘结透气膜与正极集流体，使二者间紧密贴合，避免了透气膜与正极集流体间出现不均匀的缝隙；三是压敏胶黏层的引入可以更好地抑制电解液挥发及外界水分的影响。所述上、下透气膜为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯胺(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯涂覆的玻璃纤维膜(TCFC)中至少一种或其衍生膜，透气膜厚度范围为20μm～400μm。上、下压敏胶黏层为有机硅类压敏胶、聚丙烯酸酯类胶、聚乙烯基醚树脂类胶、聚氨树脂类胶、聚氯乙烯类胶、聚异丁烯类胶、天然橡胶压敏胶、合成橡胶类压敏胶中至少一种。压敏胶黏层具有多孔透气疏液的特性，优选有机压敏硅胶。所述压敏胶黏层厚度范围为500nm～50μm，优选10μm～30μm。胶黏层过厚，会阻碍氧气进出电池，电池在放电时，容量难以发挥且倍率性能很差；电池在充电时，释放的气体无法有效透过胶黏层排出电池，造成电池鼓包。胶黏层过薄，一是过薄的胶黏层起不到有效抑制电解液挥发及阻隔外界水分的作用；二是很难将胶黏层涂覆均匀，造成正极无法均匀反应，容量降低；三是胶黏层过薄导致边缘粘合封装的强度降低。所述上、下正极集流体为金属网、泡沫金属、碳纸、碳布、巴基纸中一种，上、下正极集流体优选金属网。所述正极材料分别负载在上、下正极集流体上，负载量为0.01～50mg/cm2，负载量优选为1～15mg/cm2。所述正极材料为碳材料、非碳材料中至少一种。所述碳材料为碳纳米管、碳纳米纤维、导电炭黑、活性炭、中孔炭、层次孔炭、炭气凝胶和石墨烯中的至少一种；所述非碳材料为Au、Ag、Ru、Ni、TiO2、RuO、TiC、NbC、ZrC、WC、VC、TaC、TiN、NbN中至少一种。所述隔膜为玻璃纤维、聚丙烯、聚乙烯、陶瓷、凝胶聚合物中的至少一种材质制成。所述锂负极为纯金属锂、锂合金、表面保护的金属锂中的至少一种。上述双面软包锂空气电池的制备方法，至少包含下述步骤(1)透气膜一侧表面均匀涂覆压敏胶黏层，(2)正极集流体负载正极材料，(3)透气膜与正极集流体通过胶黏层粘合，(4)电池叠片并部分粘合封边，(5)电池注液，(6)电池粘合封口，具体来说：(1)透气膜一侧表面均匀涂覆压敏胶黏层：对透气膜如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯胺(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯涂覆的玻璃纤维膜(TCFC)等一侧进行活化处理，在已活化处理的表面涂覆压敏胶黏层。(2)正极集流体负载正极材料：将正极材料负载到上、下正极集流体上，负载方式为以下方法中至少一种：涂覆法、喷涂法、蒸镀法、磁控溅射法、原位生长；之后辊压、烘干、烧结、裁剪并留出正极极耳。(3)透气膜与正极集流体通过压敏胶黏层粘合：裁剪上、下透气膜尺寸大于上、下正极集流体尺寸，使上、下透气膜有压敏胶黏层的一侧与已负载正极材料的上、下正极集流体对正、压实、粘结复合，所用压力范围为0.2MPa～100MPa，实现零距离贴合，上、下透气膜和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可快速封装的双面软包锂空气电池，其特征在于，该电池由上透气膜、上压敏胶黏层、上正极集流体、正极材料、隔膜、锂负极、隔膜、正极材料、下正极集流体、下压敏胶黏层、下透气膜依次序层叠并注入电解液封装而成，电池通过上压敏胶黏层和下压敏胶黏层的边缘粘合实现快速封装。

【技术特征摘要】
1.一种可快速封装的双面软包锂空气电池，其特征在于，该电池由上透气膜、上压敏胶黏层、上正极集流体、正极材料、隔膜、锂负极、隔膜、正极材料、下正极集流体、下压敏胶黏层、下透气膜依次序层叠并注入电解液封装而成，电池通过上压敏胶黏层和下压敏胶黏层的边缘粘合实现快速封装。2.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述上、下透气膜与所述上、下压敏胶黏层尺寸一致，上、下透气膜及上、下压敏胶黏层尺寸大于所述隔膜尺寸，所述隔膜尺寸大于所述上、下正极集流体及所述锂负极尺寸。3.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述上、下透气膜分别与上、下正极集流体通过上、下压敏胶黏层以粘结方式紧密复合在一起，所述透气膜厚度范围为20μm～400μm，所述压敏胶黏层厚度范围为500nm～50μm。4.根据权利要求3所述的锂空气电池，其特征在于，所述压敏胶黏层厚度优选10μm～30μm。5.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述上、下正极集流体和所述锂负极引出外接极耳。6.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述正极材料负载在上、下正极集流体上，负载量为0.01～50mg/cm2。7.根据权利要求6所述的锂空气电池，其特征在于，正极材料负载量优选为1～15mg/cm2。8.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述上、下透气膜为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯胺(PAN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯涂覆的玻璃纤维膜(TCFC)中至少一种或其衍生膜。9.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于，所述上、下压敏胶黏层为有机硅类压敏胶、聚丙烯酸酯类胶、聚乙烯基醚树脂类胶、聚氨树脂类胶、聚氯乙烯类胶、聚异丁烯类胶、天然橡胶压敏胶、合成橡胶类压敏胶中至少一种。10.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵尚骞，张立，孙浩博，张刚宁，李久铭，杨容，唐玲，庄卫东，李永伟，卢世刚，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11