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一种锂-空气电池用正极及其制备和应用

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2024-01-04 09:57:06

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 涂媛 | 2024-01-04 09:57:06

本发明涉及一种锂-空气电池或锂-氧气电池用电极及其制备方法,电极主要由导电多孔材料和构建孔道的绝缘材料构成,二者质量之比为5:1-1:1。在电池的整个放电过程中,由于在绝缘材料表面不能进行电化学反应,因此由其构建的孔道不会被固体放电产物堵塞,可始终作为反应物氧气的溶解扩散通道,因而,可极大提高整个电极的空间利用率,提高电池放电容量。

为解决上述问题,本发明提供一种锂空气电池用正极及其制备方法。为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下,本发明所述的电极,其电极材料主要由导电多孔材料和构建孔道的绝缘材料构成,二者质量之比为5:1-1:1。绝缘材料为筑孔无机材料或筑孔有机材料;绝缘材料用于正极成型时参与构建正极中气体传输孔道;即于正极成型时,绝缘材料和导电多孔材料共同构建正极中气体传输孔道。

锂-空气电池是一种以金属锂为负极,空气电极为正极的可充式二次电池,负极锂理论比容量高达3,862mAh/g,而作为正极活性物质的氧气可直接从空气中获得,因此,锂-空气电池具有极高的比容量及比能量。以锂为标准,其理论比能量密度可达11,140Wh/Kg,以全电池为标准,其实际比能量密度有望达到现有锂离子电池的10倍,在民用及军用领域极具应用前景。未来商业化的纯电动车要求动力电池的比能量在500Wh/kg以上,科学家把锂空气电池作为未来电动汽车的动力电池之一。

锂-空气电池放电过程中,在正极侧,由负极侧迁移而至的锂离子在电极材料表面与扩散而至的氧气复合生成产物Li2O2或者Li2O。固体Li2O2或者Li2O不溶于电解质溶液,不能脱离材料表面,从而在此沉积直至堵塞电极孔道,导致放电反应终止。作为反应物的氧气为了参与放电反应,必须通过在电极孔道中的扩散传质到达整个电极空间中的电极材料表面。对于氧气进气口一侧的电极,所需氧气传输距离短,而另外一侧传输距离远,传质阻力较大。需要特别指出的是,随着放电的进行,电极孔道逐渐被不溶产物堆积占据,这将进一步增大氧气传质阻力。因此,受限于较差的反应物传质状况,通常远离氧气进气口一侧的电极内放电反应进行不充分,电极空间利用率较低。另一方面,为了提高锂空气电池的实用性,大电流放电性能也是需要考虑的问题,而这同样对电极空间内的氧气传质提出较高的要求。

此技术是中国科学院大连化学物理研究所张凤祥研发,中国科学院大连化学物理研究所注册地位于辽宁省大连市沙河口区中山路457-41号,法定代表人为刘中民。经营范围包括开展化学和工程化学研究,促进科技发展。 分析化学 精细化工研究 新能源研究 色谱分析研究 催化工程研究 生化工程研究 化学激光研究 天然气化工与应用催化研究 环境工程研究 分子反应动力学研究 相关学历教育、博士后培养、继续教育、专业培训

与现有技术相比,本发明具有以下优点:

为了保证放电过程中传质通道不被放电产物堵塞,以确保通畅的氧气传输,本发明在电极材料中引入多孔的绝缘材料,由其构建氧气传质通道。归因于材料的绝缘性,在其表面不会进行电化学反应,进而阻止了固体产物在其孔道内的沉积。在整个放电过程中,传质通道可有效维持氧气的传输,大幅提高整个电极空间尤其是内层空间的利用率,增大放电容量。另一方面,对于提高电池的运行电流密度也十分有利。

技术转让,许可,合作所需资金需双方协商,此项技术想尽快落地保定,希望具备此项技术研发的技术方,能够尽快承接此项目。。