一种可提高电池能量密度的锂氧电池及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种可提高电池能量密度的锂氧电池，包括负极、正极和固体电解质隔膜，其中，正极由正极电解液和正极元件构成，所述的正极元件由碳氧正极材料和正极集流体构成，所述负极包括负极元件，所述负极元件由负极集流体和锂金属片构成，所述锂氧电池具有两个负极、两个正极和两个固体电解质隔膜，两个负极共用同一个负极集流片，两个锂金属片分别附着于所述负极集流片的两个表面上，而两个固体电解质隔膜则分别附着于所述两个锂金属片的另外一面上，所述正极与电池壳体上的正极端电连接，所述负极与电池壳体的负极端电连接。本发明专利技术还公开了该电池的制备方法。该锂氧电池体积小，电池的能量密度高，提高电池的空间利用率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂氧电池，尤其涉及一种可提高电池能量密度的锂氧电池，本专利技术还涉及该可提高电池能量密度的锂氧电池的制造方法。
技术介绍
目前，汽车全球因工业废气和汽车尾气已经造成严重的环境危害城市空气品质下降，污染的空气导致肺、呼吸道、心脏、皮肤和其它人体器官病变；工业废气和汽车尾气还是导致地球温室效应的主要原因之一，而温室效应正在加速全球温度上升的速度。随着我国人民生活水平的不断改善和提高，汽车在普通家庭中迅速普及，汽车的保有量和新增数量都在迅速加大。然而我国是一个贫油国家，原有的大庆、渤海等油田因多年超量开采已经 接近枯竭。新的油田储量仅能够供应国内需要的30%，每年国家要花费大量外汇进口石油。但是汽车在中国的迅速普及更加剧了石油危机，国家商务部最新统计显示，2010年我国原油进口 6380万吨，对进口原油的依存度达到58%，随着中国⑶P的高速增长，进口原油的数量还会继续增加。而我国50%以上的石油消耗在交通领域，减少交通领域的石油消耗已成为当务之急。在日趋严重的环境污染和日益衰竭的石油资源的背景下，研制和发展电动车或油电混合动力车已成为当今世界各国优先发展的行业。有专家测算假定中国采用电力主导发展汽车工业，若人均保有量0. I辆，按2000年平均石油价格计算，中国石油年进口开支将节省300亿美元以上。因此，使用电力作为各种交通工具的动力是解决环境污染和石油危机的最佳选择。电动车中的核心部件是动力电池，目前的动力电池有铅酸、镍镉、镍氢、锌空气电池、锂离子动力电池和和锂氧电池等。然而，从表I中可见，传统的电池中铅酸、镍镉和镍氢电池的电压和能量密度都很低，目前正在被电动车市场淘汰。锌空气电池能量密度比锂离子动力电池的能量密度有较大的提升，但是其单体电池电压太低且不可二次充电，不是电动车动力装置的最佳选择。锂离子动力电池和锂氧电池是较新的技术，在各种大功率动力型电池中，大型锂离子动力电池和锂氧电池是纯电动车首选的动力装置。但是锂离子动力电池其能量密度仍然太低，难以满足各种大容量高功率移动设备和机械装置的对电力的要求。锂氧电池也可以称为锂空气电池或锂空气燃料电池，具有高电压和高能量密度的优势，可以二次充电，循环重复使用，是电动车和电动大巴的最佳动力电源。表I :电池类型I铅酸I镇镉I镇氢I锂离子I锌空气I锂氧单体电池电压(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锂氧电池是一种用锂金属作负极，以空气中的氧气作为正极反应物的电池。已有的锂氧电池都是单体设计，如图I所示，自负极至正极方向依次包括负极集流体I、锂金属片2、负极电解质3、锂离子电导固态电解质隔膜(简称固体电解质隔膜)4、正极电解液5、包覆有氧还原催化剂7的多孔碳6和正极集流体8，以正极集流体8中的网格或孔作为氧气(空气)通道孔9，氧气(空气)流10经氧气(空气)通道孔9进入电池正极。而单体电池只有一对负极和正极，电池电极利用率较低，电池体积大和重量重。而电动车需要大容量动力电源，单体电池难以达到电动车的容量要求，必须多级并联使用；同时，电动车也需要高电压工作电源，一般需要几百伏电压，而单体电池只有2 3伏，必须多级串联使用，致使用作电动车动力装置的锂氧电池的体积非常大，重量也非常重，因此，现有的锂空气电池在空间利用率、材料利用率、重量节省和安全性等方面技术指标都是较差的，不合理的，需要优化、改进和完善。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种可提高电池能量密度的锂氧电池，该锂氧电池含具有两个正极和两个负极，但与同等数量单体电池相比，相同的容量情况下，电池体积能 有效地减小，电池的能量密度得以提升，以便提高电池的空间利用率。本专利技术的第二个目的在于提供上述可提高电池能量密度的锂氧电池的制造方法。本专利技术的第三个目的在于提供上述可提高电池能量密度的锂氧电池组成的锂氧电池组。本专利技术的第一个目的是通过以下技术方案来实现的一种可提高电池能量密度的锂氧电池，包括负极、正极和固体电解质隔膜，其中，正极由正极电解液和正极元件构成，所述的正极元件由碳氧正极材料和正极集流体构成，其特征在于，所述负极包括负极元件，所述负极元件由负极集流体和锂金属片构成，所述锂氧电池具有两个负极、两个正极和两个固体电解质隔膜，两个负极共用同一个负极集流片，两个锂金属片分别附着于所述负极集流片的两个表面上，而两个固体电解质隔膜则分别附着于所述两个锂金属片的另外一面上，该锂金属片的另外一面是指锂金属片没有与负极集流片接触的那一面，所述正极与电池壳体上的正极端电连接，所述负极与电池壳体的负极端电连接。本专利技术的工作原理是锂氧电池放电时,负极发生以下放电反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.05.04 CN 201210135802.41.一种可提高电池能量密度的锂氧电池，包括负极、正极和固体电解质隔膜，其中，正极由正极电解液和正极元件构成，所述的正极元件由碳氧正极材料和正极集流体构成，其特征在于，所述负极包括负极元件，所述负极元件由负极集流体和锂金属片构成，所述锂氧电池具有两个负极、两个正极和两个固体电解质隔膜，两个负极共用同一个负极集流片，两个锂金属片分别附着于所述负极集流片的两个表面上，而两个固体电解质隔膜则分别附着于所述两个锂金属片的另外一面上，该锂金属片的另外一面是指锂金属片没有与负极集流片接触的那一面，所述正极与电池壳体上的正极端电连接，所述负极与电池壳体的负极端电连接。2.根据权利要求I所述的可提高电池能量密度的锂氧电池，其特征在于，将所述两个固体电解质隔膜连成一体构成包裹负极元件的包装袋，将所述负极的两个锂金属片完全密封，使锂金属片与外界的气氛或者液态分隔开，而所述负极集流体的其中一端向外延伸穿出固体电解质隔膜后焊接极柱。3.根据权利要求I或2所述的可提高电池能量密度的锂氧电池，其特征在于，所述碳氧正极材料采用表面具有许多微孔且具有氧还原催化作用的纳米结构石墨烯及其微孔中的氧。4.根据权利要求3所述的可提高电池能量密度的锂氧电池，其特征在于，所述的纳米结构石墨烯采用片状纳米结构石墨烯、柱状纳米结构石墨烯或管状纳米结构石墨烯。5.根据权利要求4所述的可提高电池能量密度的锂氧电池，其特征在于，所述纳米结构石墨烯表面包覆氧还原催化剂，所述氧还原催化剂与纳米结构石墨烯之间的质量比为0:1 0. 2:0. 8。6.根据权利要求5所述的可提高电池能量密度的锂氧电池，其特征在于，所述的氧还原催化剂采...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军辉，
申请(专利权)人：赵军辉，
类型：发明
国别省市：