[发明专利]锂‑空气电池电解液体系

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，更具体地，涉及到适用于锂-空气电池的电解液体系以及含所述电解液体系的锂-空气电池。

背景技术

随着社会和科技的高速发展，电子设备小型化、微型化、便携化已成为普遍趋势，目前常用的便携电源中，锂离子电池的容量和能量密度已是传统便携电源中最高的种类，但仍然不能满足工业生产和日常生活的需求，因此新一代高能量、高容量的便携电源体系成为电化学工作者紧迫的目标和方向，为此，锂-空(氧)气电池的相关研究日益受到关注。

锂空气电池是一种用锂作阴极，以空气中的氧气作为阳极反应物的电池。由于锂-空(氧)气电池的阴极活性物质为氧气，因此具有较高理论电容量(3.81Ahg^-1)，可达锂离子电池的50-100倍，具有极大的应用价值。

然而，目前锂-空气电池在实际应用中，由于电解液体系等诸多因素的限制，能够达到的实际放电容量较低。现有技术的电解液体系仅能提供约700～3000mAh/g的放电容量，远低于理论容量的最大值。

现有技术中提供了一种双电解液体系，即通过只在金属锂的负极使用有机电解液，正极的空气级使用水性电解液，用只能通过锂离子的固体电解质从中隔开，通过使用多重电解质改善锂-空气电池的放电容量。然而，该电解液体系需要的电池结构与现有的电池结构不相容，且制造成本高，不适合工业应用。

综上所述,本领域迫切需要开发一种可以有效提高锂-空(氧)气电池放电容量的电解液体系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高容量锂-空气电池电解液体系，可以有效提高锂空气电池的放电容量。

本发明的第一方面，提供了一种锂-空气电池的电解液体系，所述电解液体系包括适用于锂-空气电池的有机溶剂以及溶解于所述有机溶剂中的电解质，其中所述电解质在电解液体系中的浓度按锂离子计为1.4～7mol/L。

在另一优选例中，所述有机溶剂的有机物成分占溶剂总体积的85%以上，较佳地90%以上，更佳地95%以上。

在另一优选例中，所述有机溶剂选自下组：醚类溶剂、砜类溶剂、酯类溶剂、酰胺类溶剂、离子液体等有机溶剂，或其组合。

在另一优选例中，所述有机溶剂包含下列组分：醚类溶剂；和任选的选自下组的溶剂：砜类溶剂、酯类溶剂、酰胺类溶剂、离子液体、锂离子液体类有机溶剂，或其组合。

在另一优选例中，所述有机溶剂是醚类溶剂与砜类溶剂的混合溶剂。

在另一优选例中，所述有机溶剂是醚类溶剂与离子液体的混合溶剂。

在另一优选例中，所述有机溶剂是醚类溶剂和酯类溶剂的混合溶剂。

在另一优选例中，所述有机溶剂是醚类溶剂。

在另一优选例中，所述醚类溶剂选自下组：H₃C(CH₂)_n-O(CH₂CH₂O)_m-(CH₂)_nCH₃、γ-羟基丁酸内酯、三聚乙醛、桉树脑，以及上述溶剂的部分或全氟代衍生物，或其组合；其中，m为0～10，各n独立地为0～4；较佳地，m=2～6，n=0～2。

在另一优选例中，所述醚类溶剂是四乙二醇二甲醚(TEGDME)或二甲基亚砜(DMSO)。

在另一优选例中，所述砜类溶剂选自下组：二甲基亚砜，二甲基砜，甲乙基砜，或其组合；和/或

所述酯类溶剂为碳酸酯类溶剂，较佳地，所述酯类溶剂选自下组：取代或未取代的碳酸乙烯酯，取代或未取代的碳酸丙烯酯，取代或未取代的碳酸二甲酯，取代或未取代的碳酸二乙酯，取代或未取代的碳酸甲乙酯，或其组合；其中，所述取代指化合物中一个或多个任选的氢原子被卤素替换；和/或

所述的酰胺类溶剂选自下组：N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二乙基甲酰胺，或其组合。

在另一优选例中，所述的砜类溶剂是二甲基亚砜。

在另一优选例中，将所述的砜类溶剂和醚类溶剂配成混合溶剂使用。

在另一优选例中，所述的酯类溶剂为碳酸丙烯酯。

在另一优选例中，将所述的酯类溶剂和醚类溶剂配成混合溶剂使用。

在另一优选例中，所述电解质在电解液体系中的浓度按锂离子计为1.5～5mol/L，更佳地为2～3mol/L。

在另一优选例中，所述的离子液体包括阳离子和阴离子，且所述阳离子选自下组：