一种可在空气中工作的扣式锂空电池制造技术

本发明专利技术涉及一种可在空气中工作的扣式锂空电池。该电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成。其中在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气；防护性空气电极由空气电极和防护膜组成，该防护膜能够抑制空气中水分的侵入，同时能够阻止电池内部电解液的挥发；电池的密封性由密封圈来实现。由此制作的扣式锂空气电池环境适应性强，适合在空气中工作。

【技术实现步骤摘要】
—种可在空气中工作的扣式锂空电池
本专利技术涉及一种金属锂空气电池，特别是公开一种可在空气中工作的扣式锂空气电池及其制作方法，属于化学电源及相关领域。
技术介绍
科技的进步为人类生活提供了诸多方便，但随之而来的是能源消费的迅速增加、环境污染以及温室效应等诸多问题。人类的总功耗预计到2050年为现在的三倍。能源供给的日益匮乏，迫使人 们不断探索新的能源，研究与开发高能量密度的电源体系及材料势在必行。在目前所研究的各种电池体系中，锂空气电池具有最高的比能量。超高的能量密度及广阔的应用前景，吸引了越来越多的人投身到该领域的研究之中，近期更有愈演愈烈之势。锂空气电池直接使用空气中的O2作为反应原料，而空气中的H20、C02、N2等污染物对于有机体系存在着严重的破坏作用，因此目前文献报道的锂空气电池通常在干燥纯氧中放电，严格来讲这种电池应该叫做锂氧气电池，由于其规避了在空气中放电时存在的h2o、CO2侵入的难题，不能完全代表锂空气电池实际应用的情况。
技术实现思路
本专利技术目的是克服现有技术难题，提供一种可在空气中工作的扣式锂空气电池及其制作方法。该电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成。其中在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气；通气孔直径为0.5-15mm，常用为l_3mm。防护性空气电极由空气电极和氧选择性防护膜组成，抑制空气中水分的侵入和电池内部电解液的挥发；电池的密封性由密封圈来实现，将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本专利技术所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。由此制作的扣式锂空气电池环境适应性强，适合在空气中工作。本专利技术的技术方案是:扣式电池壳 可选用现有型号如CR1130、CR1220、CR1616、CR1620、CR2016、CR2025、CR2032、CR2330、CR2430、CR2450、CR2477 等中的一种，根据放电电流密度的大小，在正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气。锂阳极提供电化学反应所需要的锂，由金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂铝合金等中的一种或几种构成。隔膜为现有锂离子电池用隔膜，如PP、PE、PP/PE/PP膜。电解液为含六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiC104)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3S03)、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂(LiTFSI)等支持电解质的一种或几种混合，浓度为0.1~3.0M。推荐浓度为0.7-1.5M。有机溶剂为乙腈(AN)、碳酸丙稀酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、二甲氧乙烷(DME)、Y-丁内酯(GBL)等中的一种或一种的混合。防护性空气电极由空气电极和防水透气膜组成，空气电极由碳材料和粘结剂组成，视实际使用情况可加催化剂按一定比例制成浆料后，将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极；碳材料为乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、BP2000和KB等中的一种或几种；粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等中的一种；催化剂可为 Pt、Pt-Au、Pd、PdCo、MnO2、Co304、Fe3O4, MnOOH、Mn3O4 和 Fe2O3 中的一种或几种；透气膜由聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等中的一种或几种组成。将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本专利技术所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。本专利技术提供的扣式锂空电池，由于采用了防护性的空气电极，即可抑制空气中水分的进入，又可抑制电池内部电解液的挥发，环境适应性好，适宜在空气中工作。【附图说明】图1锂空气电池在25°C相对湿度为30%的恒温恒湿箱中的放电曲线图2锂空气电池在环境空气中的放电曲线【具体实施方式】本专利技术的具体实施例如下，但本专利技术并不局限于以下实施例。对比例I空气电极的制作:将碳材料(科琴黑ECP600JD)与适量超纯水混合，搅拌30min后，加入PTFE乳浊液，继续搅拌lh，碳材料与PTFE的质量比为85:15，然后将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极。扣式电池的制作:在手套箱中，将空气电极浸泡在IM LiPF6 EC:PC(1:1, vol%)中，待空气电极全部润湿后，取出，用纸巾将表面电解液擦净；将金属锂、PP/PE/PP隔膜、空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳(通气孔直径为2mm),封口后取出，得到锂空电池。实施例1采用对比例I制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与对比例I相同，不同的是在空气电极与密封圈之间加PDMS防水透气膜，得到锂空电池。实施例2采用对比例I制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与实施例1相同，不同的是在空气电极与密封圈之间加PDMS和E膜，得到锂空电池。将对比例1、实施例1和实施例2制得的锂空电池，放在25°C、相对湿度为30%的恒温恒湿箱中进行放电，电流密度为0.1mA/cm2，截止电压为1.5V，结果如图1所示。从图中可以看出，由于PDMS和PE具有较好的抑制水分进入和防止电解液挥发的作用，在空气电极外加一层PDMS膜后，电池的放电时间从205h提高到333.2h，而在PDMS的基础上再加上一层PE膜后，电池的放电时间可延长至476h。经实施例2制得的锂空电池放在环境空气中放电，电流密度为0.1mA/cm2，截止电压为1.5V，结果如图2所示。从图2可以看出，本专利技术提供的锂空电池具有较好的环境适应性，在环境空气中，电池的放电时间在317.6h。以上具体实施例仅为本专利技术的部分实施方式，其对本专利技术而言是说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本专利技术精神和范围的情况下，对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本专利技术的权利要求保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可在空气中工作的扣式锂空电池，其特征在于所述的扣式锂空气电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成；其中，①在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气；②防护性空气电极由空气电极和防护膜组成，该防护膜能够抑制空气中水分的侵入，同时能够阻止电池内部电解液的挥发；③电池的密封性由密封圈来实现；④所述的电解液是由高沸点、低挥发性的有机溶液和锂盐混合组成，锂盐的浓度为0.1?3.0M；⑤将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本专利技术所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。

【技术特征摘要】
1.一种可在空气中工作的扣式锂空电池，其特征在于所述的扣式锂空气电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成；其中， ①在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气； ②防护性空气电极由空气电极和防护膜组成，该防护膜能够抑制空气中水分的侵入，同时能够阻止电池内部电解液的挥发； ③电池的密封性由密封圈来实现； ④所述的电解液是由高沸点、低挥发性的有机溶液和锂盐混合组成，锂盐的浓度为0.1-3.0M ； ⑤将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本发明所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。2.按权利要求1所述的扣式锂空电池，其特征在于扣式电池的正极壳上的通气孔直径为 0.5~1 Smnin3.按权利要求1或2所述的扣式锂空电池，其特征在于通气孔直径为1-3_。4.按权利要求1所述的扣式锂空电池，其特征在于锂盐浓度为0.7-1.5M。5.按权利要求1所述的扣式锂空电池，其特征在于所述的扣式电池壳为CR1130、CR1220、CR1616、CR1620、CR2016、CR2025、CR2032、CR2330、CR2430、CR2450 和 CR2477 中的任意一种。6.按权利要求1所述的扣式锂空电池，其特征在于所述的锂阳极由金属锂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晓华，康亚楠，娄豫皖，张建，夏保佳，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：