一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，该方法在不增加电池成本且不降低电池能量密度的基础上能够实现降低非水性电解液锂空电池充放电极化的目的，简单易实现。
【专利说明】一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法
[0001]
【技术领域】
[0002] 本发明涉及锂空气电池领域，具体地，涉及一种降低非水性电解液锂空气电池充 放电极化的方法。
【背景技术】
[0003] 能源，推动和影响着人类社会的发展与进步，关系着国家的安全战略。能源改革已 成为各国政府的重要工作，研究与开发新型绿色环保的二次电池，是这项工作的重要组成 部分。目前应用较为广泛、开发较为成熟的二次电池体系如锂离子电池，其能量密度依然不 能满足实际应用的需求，特别是电动汽车等需要高能量密度化学电源体系的领域。锂空气 电池(又称锂氧气电池)在目前的化学电源体系中拥有最高的能量密度(理论上为11450Wh Kg4)，实际能量密度约为锂离子电池的10倍。这主要源于以下两个方面的原因：一、其正极 反应物氧气来自于外界空气，而非存储于电池体系之中；二、其负极锂电极，拥有最高的比 容量（3862mAh/g)和最低的电化学电位(氢标电位值为-3. 01V)。此外，其充电时释放氧 气，放电时吸收氧气，被称为"会呼吸的绿色电池"。因此，从寻找高能量密度的二次电池及 环保的角度，锂氧气电池都拥有较为明显的优势，在军事和民用领域都极具应用前景。 锂空气电池根据电解液与隔膜体系的不同可分为水性电解液锂空气电池、非水性(非 质子）电解液锂空气电池、双性（混合）电解液锂空气电池和全固态锂空气电池。水性和双 性电解液锂空气电池的锂离子传导膜还存在较难解决的问题(如脆性、高电阻等)、电池结 构较非水性体系更为复杂、安全性较差，加之两类电池是否具有可逆性尚无定论，因此目前 关注较少。全固态锂空气电池虽从安全性、实现真正意义的锂"空气"电池角度来说具有一 定的发展前景，但由于研究刚刚起步，不确定因素还很多。因此，非水性电解液锂空气电池 目前应用前景最为广阔。
[0004] 常见的非水性电解液锂空气电池负极为金属锂片，电解液主要为有机溶剂与锂盐 组成，正极主要由碳材料与非碳类催化剂组成。电池一般为充电态，运行过程中先进行放电 生成放电产物，再进行充电分解，如此循环往复。放电时，负极金属锂失去电子溶解为锂离 子，锂离子通过电解液扩散到正极，电子则通过外电路到达正极，同时外界氧气进入电池内 部正极反应区域，在正极表面活性反应点上得到电子生成过氧根（〇 22_)(氧还原反应，0RR)， 并与锂离子络合生成过氧化锂（Li202)，由于一般情况此产物不溶于电解液，固沉积于反应 区域材料表面。充电时，Li202分解，过氧根失去电子成为气态氧分子逸出电池（即氧逸出反 应，0ER)，而锂离子通过电解液回到负极，与外电路到达的电子在反应区域发生金属锂沉积 的过程。放电与充电的具体反应式如下：
【权利要求】
1. 一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特征在于，将充电态的电 池在50-70°C放电或/和将放电态的电池在50-70°C充电。
2. 根据权利要求1所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其 特征在于，所述放电过程是将充电态的电池在50-70°C和纯度为99%的氧气环境下，在合适 的放电电流下放电至放电截止电压停止，所述合适的放电电流能保证整个电池发生放电反 应。
3. 根据权利要求1所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述充电过程是将放电态的电池在50-70°C，在合适的充电电流下放电至充电截止 电压停止，所述合适的充电电流能保证整个电池发生充电反应。
4. 根据权利要求2所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述放电截止电压在放电电压到达截止电压时，电池至少能完成90%放电反应。
5. 根据权利要求3所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述充电截止电压需保证在充电电压到达此截止电压时，电池至少能完成90%充 电反应。
6. 根据权利要求1所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于,将所述充电态的电池放电以及将放电态的电池充电的温度均为50-70°C。
7. 根据权利要求1所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述充电态或放电态的电池的正极材料、负极材料以及电解液的选择能保证电池 的放电产物为过氧化锂。
8. 根据权利要求7所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述充电态或放电态的电池的电解液为含有锂盐的非水有机溶剂或离子液体。
9. 根据权利要求7所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其特 征在于，所述正极材料为碳材料、贵金属及其合金、简单金属氧化物、复杂金属氧化物、金属 碳化物、金属氮化物其中的一种或组合。
10. 根据权利要求7所述的一种降低非水性电解液锂空气电池充放电极化的方法，其 特征在于，所述正极材料还包括粘结剂。
【文档编号】H01M12/08GK104362405SQ201410503042
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】李海英, 宋明, 万宁, 黄小丽, 黄宗令 申请人:四川省有色冶金研究院有限公司