一种全固态锂空气电池及其制作方法技术

本发明专利技术涉及到锂空电池领域，尤其涉及一种全固态锂空气电池及其制作方法。该全固态锂空气电池,所述全固态锂空气电池由正极层、电解质层和负极层组成，所述正极层为结构支撑层。本发明专利技术采用固相反应法制备出了一种全固态锂空气电池，该方法采用传统流延工艺和复型膜技术，将叠好的正极膜片、负极膜片和电解质膜片在60-80℃和4000-7000PSI的压力下共压成一个整体，最后通过共烧结得到由正极层、电解质层和负极层组成全固态锂空气电池。该全固态锂空气电池有效地消除或降低了电极与电解质之间的界面接触电阻，全固态锂空气电池性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到锂空电池领域，尤其涉及。
技术介绍
随着社会的发展，能源环境问题越来越突出，由此产生的国际问题也越来越多，对社会的稳定和安全产生一定的危机。人们开始重视用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源，但是可再生能源都或多或少的受到自然条件的限制，或者是产生一些不必要的二次污染，因此能储存和传输能量的化学电源受到了社会的空前重视。锂电池由于容量大、寿命长等优点有望替代汽油成为动力车的电源，但由于受到正极材料的限制，电池的能量密度仍然有限。与传统的锂电池不同，锂空气电池以金属锂为负极，由碳基材料组成的多孔电极为正极。放电过程中，金属锂在负极失去电子成为Li+，电子通过外电路到达多孔正极，将空气中的氧气还原，这一反应持续进行，电池便可以向负载提供能量；充电过程正好相反，在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化，重新释放出氧气，锂离子则在负极被还原成金属锂，待该过程进行完全，则电池又可重新向负载提供能量。按照电池反应2Li+02ILi202(有机电解液体系)来计算，锂空气电池的理论比容量为12000mAh*g \理论比能量为11140Wh.kg1 (不包括氧气)，与车用内燃机中汽油空气反应的比能量(700Wh.kg ')相当，有潜力成为能量密度最高的电池之一，并且锂空气电池在整个充放电过程中不会产生对环境有害的物质，完全是零污染的绿色过程。初期的锂空气电池采用有机电解液体系，但是采用有机电解液体系的锂空气电池有一种致命的弱点:产生的放电产物Li202在有机电解液体系中不能溶解，会在正极堆积过多，使电解液与空气的接触阻断，无法实现充分的放电。全固态锂空气电池由Kumar等于2010年首次提出，这是一种循环性能优良的二次锂空气电池。相关测试表明，该电池在30-105°C表现出了良好的热稳定性和可充性，并在此温度范围内可循环40周。全固态锂空气电池不存在漏液问题，安全性有所提高，但固态电解质与锂负极、空气电极、包括固态电解质内部的接触不会像液体电解质那样紧密，这就可能造成电池内阻增大。针对以上问题，本专利技术采用固相反应法制备出了一种全固态锂空气电池，该方法采用传统流延工艺和复型膜技术，将叠好的正极膜片、负极膜片和电解质膜片在60-80°C和4000-7000PSI的压力下共压成一个整体，最后通过共烧结得到由正极层、电解质层和负极层组成全固态锂空气电池。该全固态锂空气电池有效地消除或降低了电极与电解质之间的界面接触电阻，全固态锂空气电池性能优异。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种全固态锂空气电池，所述全固态锂空气电池由正极层、电解质层和负极层组成，所述正极层为结构支撑层，所述正极层与负极层采用一大一小结构，所述正极层与负极层之间由电解质层隔离开。优选的所述正极层的厚度为100-5000um，所述电解质层的厚度为5-500um，所述负极层的厚度为5-500um。优选的所述正极层、电解质层和负极层的平面尺寸中心重合，并且正极层的平面尺寸等于电解质层的平面尺寸，正极层的平面尺寸面积为负极层平面尺寸面积的1.01-10倍。优选的所述正极层和负极层为多孔结构，所述电解质层为致密结构，所述正极层的开孔孔隙率为5% -60%，所述负极层的开孔孔隙率为5% -80%。所述的一种全固态锂空气电池的制作方法，其步骤为:(1)、采用流延工艺制备出正极膜片，所述正极膜片的材料组成是由电解质材料、造孔剂、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；或者是由正极活性材料、造孔剂、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；或者是由正极活性材料、电解质材料、造孔剂、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；(2)、采用流延工艺制备出负极膜片，所述负极膜片的材料组成是由电解质材料、造孔剂、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；(3)、采用工艺制备出电解质膜片，所述电解质膜片的材料组成是由电解质材料、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；(4)、采用传统流延工艺制备出高温可燃尽柔性辅助膜片，所述高温可燃尽柔性辅助膜片的材料组成是由高温可燃尽材料、分散剂、粘结剂和塑化剂组成；(5)、对步骤⑴至(4)制备出的正极膜片、负极膜片、电解质膜片和高温可燃尽柔性辅助膜片进行平面尺寸的裁剪，使得正极膜片、电解质膜片和高温可燃尽柔性辅助膜片的平面尺寸相等，同时使得正极膜片的平面尺寸为负极膜片的平面尺寸的1.01倍至10倍；(6)、将A层正极膜片和B层电解质膜片叠片对齐后，进行等静压成型，等静压成型的等静压温度为50-90 °C，等静压压力为3000-5000PS I，等静压时间为5-15分钟，得到”AB型”复合膜片；(7)、将C层负极膜片和D层高温可燃尽柔性辅助膜片叠片对齐后，进行等静压成型，等静压成型的等静压温度为50-90°C，等静压压力为3000-5000PSI，等静压时间为5_15分钟，得到”⑶型”复合膜片；(8)、将”AB型”复合膜片中的电解质膜片一侧与”⑶型”复合膜片中的负极膜片一侧互相贴合对齐，进行等静压成型，等静压成型的等静压温度为50-90°C，等静压压力为3000-5000PSI，等静压时间为5-15分钟，得到“ABCD型”复合膜片；(9)、将“AB⑶型”复合膜片放入高温炉中升温处理，并在1000-1500°C范围内烧结2-20h，在此过程中，A层正极膜片形成正极层，B层电解质膜片形成电解质层，C层负极膜片形成负极层，D层高温可燃尽柔性辅助膜片被高温烧尽，正极层与负极层之间形成电解质层，从而制备出全固态锂空气电池。本专利技术所涉及，该该方法采用传统流延工艺和复型膜技术，将叠好的正极膜片、负极膜片和电解质膜片在60-80°C和4000-7000PS I的压力下共压成一个整体，最后通过共烧结得到由正极层、电解质层和负极层组成全固态锂空气电池。该全固态锂空气电池有效地消除或降低了电极与电解质之间的界面接触电阻，全固态锂空气电池性能优异。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术一种全固态锂空气电池的制作工艺流程图；其中:1、正极层；2、电解质层；3、负极层；4、正极膜片；5、负极膜片；6、电解质膜片；7、高温可燃尽柔性辅助膜片；8、“AB型”复合膜片；9、“⑶型”复合膜片；10、“AB⑶型”复合膜片；11、等静压成型工序；12、高温烧结工序。【具体实施方式】现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。具体实施例一，请参阅图1，一种全固态锂空气电池，其特征在于:所述全固态锂空气电池由正极层1、电解质层2和负极层3组成，所述正极层1为结构支撑层，所述正极层1与负极层3采用一大一小结构，所述正极层1与负极层3之间由电解质层2隔离开，所述正极层1的厚度为lOOum，所述电解质层2的厚度为5um，所述负极层3的厚度为5um，所述正极层1、电解质层2和负极层3的平面尺寸中心重合，并且正极层1的平面尺寸等于电解质层2的平面尺寸，正极层1的平面尺寸面积为负极层3平面尺寸面积的1.01倍，所述正极层1和负极层3为多孔结构，所述电解质层2为致密结构，所述正极层1的开孔孔隙率为5%，所述负极层3的开孔孔隙率为5%。所述的一种全固态锂空气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态锂空气电池,其特征在于：所述全固态锂空气电池由正极层(1)、电解质层(2)和负极层(3)组成，所述正极层(1)为结构支撑层，所述正极层(1)与负极层(3)采用一大一小结构，所述正极层(1)与负极层(3)之间由电解质层(2)隔离开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈潞奕，
申请(专利权)人：南通深蓝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32