專利名稱：一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池。
背景技術(shù)：
鋰空氣電池以其高的理論比容量和比能量及對環(huán)境友好等特性而成為目前備受關(guān)注的能量轉(zhuǎn)換體系。鋰空氣電池是以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。放電過程陽極的鋰釋放電子后成為鋰陽離子，鋰離子穿過電解質(zhì)材料，在陰極與氧氣、以及從外電路流過來的電子結(jié)合生成氧化鋰或者過氧化鋰，并留在陰極。鋰空氣電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極(以多孔碳為主)很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。理論上，由于氧氣作為陰極反應(yīng)物不受限，該電池的容量僅取決于鋰電極，其比能為5，21(Mh/kg(包括氧氣質(zhì)量)，或11，140Wh/kg (不包括氧氣)。高出現(xiàn)有電池體系1-2個數(shù)量級，在軍用和民用的高能量密度領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用前景。鋰空氣電池在長時間放電過程中，氧氣在多孔空氣電極表面還原成02_或022—，接著與電解液中的Li+結(jié)合生產(chǎn)產(chǎn)物L(fēng)i2A或Li20。由于過氧化鋰和氧化鋰均不溶解在有機電解液中，因此放電產(chǎn)物只能在有氧負離子或過氧負離子的空氣電極上沉積，在陽極過量的情況下，放電的終止是由于放電產(chǎn)物堵塞空氣電極孔道所致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，克服鋰空氣電池在連續(xù)工作過程中，由于放電產(chǎn)物氧化鋰或過氧化鋰沉積在空氣電極上，堵塞空氣電極孔道導(dǎo)致放電終止的問題。一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，該電池由鋰金屬球1、疏水型膠態(tài)電解質(zhì)2、載有催化劑的碳布3和導(dǎo)線4構(gòu)成；鋰金屬球1表面包覆疏水性膠態(tài)電解質(zhì)2，疏水性膠態(tài)電解質(zhì)2的表面包覆載有催化劑的碳布3，在鋰金屬球1和載有催化劑的碳布3處分別有導(dǎo)線 4引出。所述鋰金屬球1為鋰或鋰合金球體，半徑小于lOOum。所述疏水型膠態(tài)電解質(zhì)2為不易揮發(fā)的疏水型離子液體膠態(tài)電解質(zhì)，厚度在 300-900um 之間。所述載有催化劑的碳布3中的催化劑為Pt、Au、Pd、PtAu、PtPd、AuPd、PtAuPd MnO2,
Fe2O3 或 Co3O40本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池鋰金屬球半徑相對較小，膠態(tài)電解質(zhì)的半徑相對較大，鋰空氣電池正極表面積為負極表面積的幾十倍，鋰空氣電池在長時間放電過程中，可以克服放電產(chǎn)物堵塞碳布的孔徑而導(dǎo)致放電終止的問題，鋰空氣電池連續(xù)放電時間延長。


圖1為微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池半球結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-鋰金屬球、2-疏水型膠態(tài)電解質(zhì)、3-載有催化劑的碳布、4-導(dǎo)線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，本實施例的微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池由鋰金屬球1、疏水型膠態(tài)電解質(zhì)2、載有催化劑的碳布3和導(dǎo)線4構(gòu)成；鋰金屬球1表面包覆疏水性膠態(tài)電解質(zhì)2，疏水性膠態(tài)電解質(zhì)2的表面包覆載有催化劑的碳布3，在鋰金屬球1和載有催化劑的碳布3處分別有導(dǎo)線4引出收集電流。鋰金屬球1為鋰或鋰合金球體，半徑小于lOOum。疏水型膠態(tài)電解質(zhì)2為不易揮發(fā)的疏水型離子液體膠態(tài)電解質(zhì)，厚度在300-900um之間。載有催化劑的碳布 3 中的催化劑為 Pt、Au、Pd、PtAu、PtPd、AuPcU PtAuPd MnO2、Fii2O3 或 Co3O4。本實施例的電池結(jié)構(gòu)中鋰金屬球半徑相對較小，膠態(tài)電解質(zhì)的半徑相對較大，由球形的表面積公式S = 4 π R2，可知球形的表面積與半徑的平方成正比，因此，此結(jié)構(gòu)的鋰空氣電池正極表面積為負極表面積的幾十倍。正是由于電池正極的面積遠大于負極，可以解決鋰空氣電池放電過程中，放電產(chǎn)物堵塞碳布的孔徑，使得氣體與電解液不能在催化劑表面形成三相界面而導(dǎo)致放電終止的問題。在同等條件下，此結(jié)構(gòu)的鋰空氣電池連續(xù)放電時間會延長十幾甚至上百倍。
權(quán)利要求
1.一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，其特征在于，該電池由鋰金屬球(1)、疏水型膠態(tài)電解質(zhì)O)、載有催化劑的碳布C3)和導(dǎo)線(4)構(gòu)成；鋰金屬球(1)表面包覆疏水性膠態(tài)電解質(zhì)O)，疏水性膠態(tài)電解質(zhì)O)的表面包覆載有催化劑的碳布(3)，在鋰金屬球(1)和載有催化劑的碳布⑶處分別有導(dǎo)線⑷引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，其特征在于，所述鋰金屬球 (1)為鋰或鋰合金球體，半徑小于lOOum。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，其特征在于，所述疏水型膠態(tài)電解質(zhì)( 為不易揮發(fā)的疏水型離子液體膠態(tài)電解質(zhì)，厚度在300-900um之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池，其特征在于，所述載有催化劑的碳布 C3)中的催化劑為？1六11、？(1、？{六11、？{ (1、六1^(1、？{六1^(1]\11102、狗203 或(0304。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于鋰空氣電池技術(shù)領(lǐng)域的一種微納級球形結(jié)構(gòu)鋰空氣電池。該電池由鋰金屬球、疏水型膠態(tài)電解質(zhì)、載有催化劑的碳布和導(dǎo)線構(gòu)成；鋰金屬球表面包覆疏水性膠態(tài)電解質(zhì)，疏水性膠態(tài)電解質(zhì)的表面包覆載有催化劑的碳布，在鋰金屬球和載有催化劑的碳布處分別有導(dǎo)線引出。本發(fā)明的鋰空氣電池正極表面積為負極表面積的幾十倍，鋰空氣電池在長時間放電過程中，克服了放電產(chǎn)物堵塞碳布的孔徑而導(dǎo)致放電終止的問題，鋰空氣電池連續(xù)放電時間延長。
文檔編號H01M4/92GK102227033SQ201110126268
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者任建國, 王誠, 蒲薇華, 蔡克迪, 鄧長生, 高勇 申請人:清華大學(xué)