一種可提高電池能量密度的鋰氧電池及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種可提高電池能量密度的鋰氧電池，包括負極、正極和固體電解質(zhì)隔膜，其中，正極由正極電解液和正極元件構(gòu)成，所述的正極元件由碳氧正極材料和正極集流體構(gòu)成，所述負極包括負極元件，所述負極元件由負極集流體和鋰金屬片構(gòu)成，所述鋰氧電池具有兩個負極、兩個正極和兩個固體電解質(zhì)隔膜，兩個負極共用同一個負極集流片，兩個鋰金屬片分別附著于所述負極集流片的兩個表面上，而兩個固體電解質(zhì)隔膜則分別附著于所述兩個鋰金屬片的另外一面上，所述正極與電池殼體上的正極端電連接，所述負極與電池殼體的負極端電連接。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了該電池的制備方法。該鋰氧電池體積小，電池的能量密度高，提高電池的空間利用率。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種鋰氧電池，尤其涉及一種可提高電池能量密度的鋰氧電池，本專利技術(shù)還涉及該可提高電池能量密度的鋰氧電池的制造方法。
技術(shù)介紹
目前，汽車全球因工業(yè)廢氣和汽車尾氣已經(jīng)造成嚴重的環(huán)境危害城市空氣品質(zhì)下降，污染的空氣導(dǎo)致肺、呼吸道、心臟、皮膚和其它人體器官病變；工業(yè)廢氣和汽車尾氣還是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的主要原因之一，而溫室效應(yīng)正在加速全球溫度上升的速度。隨著我國人民生活水平的不斷改善和提高，汽車在普通家庭中迅速普及，汽車的保有量和新增數(shù)量都在迅速加大。然而我國是一個貧油國家，原有的大慶、渤海等油田因多年超量開采已經(jīng) 接近枯竭。新的油田儲量僅能夠供應(yīng)國內(nèi)需要的30%，每年國家要花費大量外匯進口石油。但是汽車在中國的迅速普及更加劇了石油危機，國家商務(wù)部最新統(tǒng)計顯示，2010年我國原油進口 6380萬噸，對進口原油的依存度達到58%，隨著中國⑶P的高速增長，進口原油的數(shù)量還會繼續(xù)增加。而我國50%以上的石油消耗在交通領(lǐng)域，減少交通領(lǐng)域的石油消耗已成為當(dāng)務(wù)之急。在日趨嚴重的環(huán)境污染和日益衰竭的石油資源的背景下，研制和發(fā)展電動車或油電混合動力車已成為當(dāng)今世界各國優(yōu)先發(fā)展的行業(yè)。有專家測算假定中國采用電力主導(dǎo)發(fā)展汽車工業(yè)，若人均保有量0. I輛，按2000年平均石油價格計算，中國石油年進口開支將節(jié)省300億美元以上。因此，使用電力作為各種交通工具的動力是解決環(huán)境污染和石油危機的最佳選擇。電動車中的核心部件是動力電池，目前的動力電池有鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋅空氣電池、鋰離子動力電池和和鋰氧電池等。然而，從表I中可見，傳統(tǒng)的電池中鉛酸、鎳鎘和鎳氫電池的電壓和能量密度都很低，目前正在被電動車市場淘汰。鋅空氣電池能量密度比鋰離子動力電池的能量密度有較大的提升，但是其單體電池電壓太低且不可二次充電，不是電動車動力裝置的最佳選擇。鋰離子動力電池和鋰氧電池是較新的技術(shù)，在各種大功率動力型電池中，大型鋰離子動力電池和鋰氧電池是純電動車首選的動力裝置。但是鋰離子動力電池其能量密度仍然太低，難以滿足各種大容量高功率移動設(shè)備和機械裝置的對電力的要求。鋰氧電池也可以稱為鋰空氣電池或鋰空氣燃料電池，具有高電壓和高能量密度的優(yōu)勢，可以二次充電，循環(huán)重復(fù)使用，是電動車和電動大巴的最佳動力電源。表I :電池類型I鉛酸I鎮(zhèn)鎘I鎮(zhèn)氫I鋰離子I鋅空氣I鋰氧單體電池電壓(V) 2. 0 1.25 1.25 3.7I. 4 2. 7Ik量密度(Wh/kg) 丨35 丨50 丨60 1100^200 丨500 113000鋰氧電池是一種用鋰金屬作負極，以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物的電池。已有的鋰氧電池都是單體設(shè)計，如圖I所示，自負極至正極方向依次包括負極集流體I、鋰金屬片2、負極電解質(zhì)3、鋰離子電導(dǎo)固態(tài)電解質(zhì)隔膜(簡稱固體電解質(zhì)隔膜)4、正極電解液5、包覆有氧還原催化劑7的多孔碳6和正極集流體8，以正極集流體8中的網(wǎng)格或孔作為氧氣(空氣)通道孔9，氧氣(空氣)流10經(jīng)氧氣(空氣)通道孔9進入電池正極。而單體電池只有一對負極和正極，電池電極利用率較低，電池體積大和重量重。而電動車需要大容量動力電源，單體電池難以達到電動車的容量要求，必須多級并聯(lián)使用；同時，電動車也需要高電壓工作電源，一般需要幾百伏電壓，而單體電池只有2 3伏，必須多級串聯(lián)使用，致使用作電動車動力裝置的鋰氧電池的體積非常大，重量也非常重，因此，現(xiàn)有的鋰空氣電池在空間利用率、材料利用率、重量節(jié)省和安全性等方面技術(shù)指標都是較差的，不合理的，需要優(yōu)化、改進和完善。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的第一個目的在于提供一種可提高電池能量密度的鋰氧電池，該鋰氧電池含具有兩個正極和兩個負極，但與同等數(shù)量單體電池相比，相同的容量情況下，電池體積能 有效地減小，電池的能量密度得以提升，以便提高電池的空間利用率。本專利技術(shù)的第二個目的在于提供上述可提高電池能量密度的鋰氧電池的制造方法。本專利技術(shù)的第三個目的在于提供上述可提高電池能量密度的鋰氧電池組成的鋰氧電池組。本專利技術(shù)的第一個目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種可提高電池能量密度的鋰氧電池，包括負極、正極和固體電解質(zhì)隔膜，其中，正極由正極電解液和正極元件構(gòu)成，所述的正極元件由碳氧正極材料和正極集流體構(gòu)成，其特征在于，所述負極包括負極元件，所述負極元件由負極集流體和鋰金屬片構(gòu)成，所述鋰氧電池具有兩個負極、兩個正極和兩個固體電解質(zhì)隔膜，兩個負極共用同一個負極集流片，兩個鋰金屬片分別附著于所述負極集流片的兩個表面上，而兩個固體電解質(zhì)隔膜則分別附著于所述兩個鋰金屬片的另外一面上，該鋰金屬片的另外一面是指鋰金屬片沒有與負極集流片接觸的那一面，所述正極與電池殼體上的正極端電連接，所述負極與電池殼體的負極端電連接。本專利技術(shù)的工作原理是鋰氧電池放電時,負極發(fā)生以下放電反應(yīng)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
2012.05.04 CN 201210135802.41.一種可提高電池能量密度的鋰氧電池，包括負極、正極和固體電解質(zhì)隔膜，其中，正極由正極電解液和正極元件構(gòu)成，所述的正極元件由碳氧正極材料和正極集流體構(gòu)成，其特征在于，所述負極包括負極元件，所述負極元件由負極集流體和鋰金屬片構(gòu)成，所述鋰氧電池具有兩個負極、兩個正極和兩個固體電解質(zhì)隔膜，兩個負極共用同一個負極集流片，兩個鋰金屬片分別附著于所述負極集流片的兩個表面上，而兩個固體電解質(zhì)隔膜則分別附著于所述兩個鋰金屬片的另外一面上，該鋰金屬片的另外一面是指鋰金屬片沒有與負極集流片接觸的那一面，所述正極與電池殼體上的正極端電連接，所述負極與電池殼體的負極端電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可提高電池能量密度的鋰氧電池，其特征在于，將所述兩個固體電解質(zhì)隔膜連成一體構(gòu)成包裹負極元件的包裝袋，將所述負極的兩個鋰金屬片完全密封，使鋰金屬片與外界的氣氛或者液態(tài)分隔開，而所述負極集流體的其中一端向外延伸穿出固體電解質(zhì)隔膜后焊接極柱。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可提高電池能量密度的鋰氧電池，其特征在于，所述碳氧正極材料采用表面具有許多微孔且具有氧還原催化作用的納米結(jié)構(gòu)石墨烯及其微孔中的氧。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可提高電池能量密度的鋰氧電池，其特征在于，所述的納米結(jié)構(gòu)石墨烯采用片狀納米結(jié)構(gòu)石墨烯、柱狀納米結(jié)構(gòu)石墨烯或管狀納米結(jié)構(gòu)石墨烯。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可提高電池能量密度的鋰氧電池，其特征在于，所述納米結(jié)構(gòu)石墨烯表面包覆氧還原催化劑，所述氧還原催化劑與納米結(jié)構(gòu)石墨烯之間的質(zhì)量比為0:1 0. 2:0. 8。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可提高電池能量密度的鋰氧電池，其特征在于，所述的氧還原催化劑采...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙軍輝，
申請(專利權(quán))人：趙軍輝，
類型：發(fā)明
國別省市：