包括氧化还原介体和保护层的锂空气电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了包括氧化还原介体和保护层的锂空气电池及其制造方法。所述锂空气电池包括：包含锂金属的阳极、位于阳极上并包含氟化锂(LiF)的保护层、阴极以及位于保护层和阴极之间的电解质。特别地，电解质包含作为氧化还原介体的卤素离子(X

【技术实现步骤摘要】
包括氧化还原介体和保护层的锂空气电池及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种在电解质中包含氧化还原介体且在阳极上具有保护层的锂空气电池及其制造方法。

技术介绍

[0002]锂二次电池是目前商业化的二次电池中能量密度最高的二次电池，可用于各种领域，例如电动车辆。
[0003]由于理论能量密度限制(250Wh/kg)，商业化的锂二次电池在需要高能量密度的电动汽车和大容量储能系统中的应用受到限制。
[0004]由于锂空气电池使用空气中的氧气作为活性材料并且具有3200Wh/kg的极高能量密度，因此其作为下一代电池备受瞩目。
[0005]然而，由于作为放电产物的过氧化锂(Li2O2)的电导率很低从而难以分解过氧化锂(Li2O2)，锂空气电池在充电过程中会造成过电压，并且存在充电/放电效率低和寿命特性下降等问题。例如，锂空气电池中最重要的研究任务是开发一种能够分解过氧化锂的合适催化剂。
[0006]最初的锂空气电池使用固体析氧催化剂。由于催化剂一直以固相使用，因此催化剂很难接触同样为固相的过氧化锂。结果，催化剂活性低，不能解决上述问题。
[0007]因此，已经对存在于电解质中并且可以自由移动的液体催化剂进行了研究。液体催化剂的流动性使得可以有效加速阴极中产生的过氧化锂的分解。然而，液体催化剂与电解质中含有锂金属的阳极发生化学反应，使阳极降解，并被迅速消耗。

技术实现思路

[0008]在一个优选的方面，提供了一种锂空气电池，其包括能够有效分解作为放电产物的过氧化锂的氧化还原介体以降低极化程度。
[0009]在一个优选的方面，提供了一种锂空气电池，其能够防止氧化还原介体与锂金属的反应以防止阳极的降解和氧化还原介体的迅速消耗。
[0010]本专利技术的目的不受上述目的的限制。本专利技术的目的将通过以下描述变得更加清楚，并且通过权利要求中描述的手段和手段的组合来实现。
[0011]一方面，锂空气电池可以包括：包含锂金属的阳极、位于阳极上并包含氟化锂(LiF)的保护层、阴极以及位于保护层和阴极之间的电解质。特别地，电解质可以包含作为氧化还原介体的卤素离子(X
‑
)。
[0012]保护层可以具有约0.05μm至200μm的厚度。
[0013]氧化还原介体可以包括选自溴离子(Br
‑
)和碘离子(I
‑
)的一种或多种。
[0014]电解质中氧化还原介体的浓度可以为约0.1M至1M。
[0015]氟化锂(LiF)和氧化还原介体可以是由下式1表示的有机氟化合物与锂金属反应的产物：
[0016][式1][0017]CF3(CF2)
n
(CH2)
m
X
[0018]其中X包括选自Br和I的一种或多种，并且1≤n≤10，0≤m≤2。
[0019]有机氟化合物可以适当地包括CF3(CF2)2I。
[0020]另一方面，提供了一种制造锂空气电池的方法，该方法包括：(a)制备包含电解液、锂盐和有机氟化合物的电解质；(b)在1)包含锂金属的阳极和2)阴极之间注入电解质；以及(c)在电解质中产生包含卤素离子(X
‑
)的氧化还原介体。在某些实施方案中，该方法可以进一步包括步骤(d)，其中通过包括使有机氟化合物与锂金属反应的步骤在阳极上形成包含氟化锂(LiF)的保护层。在某些方面，在步骤(b)中，可以通过在包含锂金属的阳极和阴极之间注入电解质来形成叠层。
[0021]另一方面，一种制造锂空气电池的方法可以包括：制备包含电解液、锂盐和有机氟化合物的电解质；通过在包含锂金属的阳极和阴极之间注入电解质来形成叠层；在电解质中产生含有卤素离子(X
‑
)的氧化还原介体，并且通过使有机氟化合物与锂金属反应在阳极上形成包含氟化锂(LiF)的保护层。
[0022]叠层可以放置4小时至3天。叠层中的有机氟化合物和锂金属可以反应4小时至3天。
[0023]氧化还原介体可以包括选自溴离子(Br
‑
)和碘离子(I
‑
)的一种或多种。
[0024]电解质中氧化还原介体的浓度可以为约0.1M至1M。
[0025]保护层可以适当地具有约0.05μm至200μm的厚度。
[0026]另一方面，提供了一种车辆(包括电动车辆)，其包括如本文所公开的锂空气电池。
[0027]本专利技术的其它方面在下文公开。
附图说明
[0028]图1示出了根据本专利技术示例性实施方案的示例性锂空气电池。
[0029]图2示出了比较例1中锂空气电池的充电和放电结果。
[0030]图3示出了根据比较例2的锂空气电池的充电和放电结果。
[0031]图4示出了根据本专利技术示例性实施方案的实施例中的示例性锂空气电池的充电和放电结果。
[0032]图5示出了根据本专利技术示例性实施方案的实施例中的锂空气电池在充电/放电过程中示例性阴极的X射线衍射分析(XRD)结果。
[0033]图6A示出了根据本专利技术示例性实施方案的实施例中的锂空气电池的放电阴极的扫描电子显微镜分析结果。
[0034]图6B示出了根据本专利技术示例性实施方案的实施例中的锂空气电池的充电阴极的扫描电子显微镜分析结果。
[0035]图7A至图7B示出了在对比较例1的锂空气电池进行充电/放电评估之后，通过分解锂空气电池使用X射线光电子能谱分析锂金属的结果。
[0036]图8A至图8C示出了在对根据本专利技术示例性实施方案的实施例中的锂空气电池进行充电/放电评估之后，通过分解锂空气电池使用X射线光电子能谱分析锂金属的结果。
具体实施方式
[0037]本专利技术的上述目的和其它目的、特征和优点将从以下结合附图的优选实施方案中得到更清楚的理解。然而，本专利技术不限于本文描述的示例性实施方案并且可以体现为其它形式。相反，提供本文介绍的示例性实施方案是为了使公开的内容彻底和完整，并且充分地将本专利技术的精神传达给本领域技术人员。
[0038]应当理解，本文使用的术语“包括”或“具有”等表示存在本文提及的特征、数字、步骤、操作、组分、部分或其组合，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、组分、部分或其组合。还应当理解，当诸如层、膜、区域或基材的元件被称为在另一个元件“上”时，它可以直接在另一个元件上，或者它们之间可以存在中间元件。相反，当诸如层、膜、区域或基材的元件被称为在另一个元件“下”时，它可以直接在另一个元件下，或者它们之间可以存在中间元件。
[0039]应当理解，除非另有说明，否则本文使用的表达成分、反应条件、聚合物组成和配方量的所有数字、值和/或表述都是近似值，本质上特别反映获得这些值时测量这些数字的各种测量不确定性，因此在所有情况下都由术语“约”修饰。除非具体说明或从上下文显而易见，本文使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池，包括：包含锂金属的阳极；位于阳极上并且包含氟化锂的保护层；阴极；和位于保护层和阴极之间的电解质，其中，电解质包含作为氧化还原介体的卤素离子。2.根据权利要求1所述的锂空气电池，其中，所述保护层的厚度为0.05μm至200μm。3.根据权利要求1所述的锂空气电池，其中，所述氧化还原介体包括选自溴离子和碘离子的一种或多种。4.根据权利要求1所述的锂空气电池，其中，电解质中氧化还原介体的浓度为0.1M至1M。5.根据权利要求1所述的锂空气电池，其中，氟化锂和氧化还原介体是由下式1表示的有机氟化合物与锂金属反应的产物：[式1]CF3(CF2)
n
(CH2)
m
X其中X包括选自Br和I的一种或多种，并且1≤n≤10，0≤m≤2。6.根据权利要求5所述的锂空气电池，其中，有机氟化合物包括CF3(CF2)2I。7.一种制造锂空气电池的方法，包括：制备含有电解液、锂盐和有机氟化合物的电解质；在包含锂金属的阳极和阴极之间注入电解质；和在电解质中产生包含卤素离子的氧化还原介体。8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过包括使有机氟化合物与锂金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光锡，柳京汉，赵永锡，金元根，郑熏基，柳承昊，李珉娥，林熙大，郑珉麒，
申请(专利权)人：起亚株式会社韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：