[发明专利]非碳基锂-空气电极

说明书

本发明涉及非碳基锂‑空气电极。用于锂‑空气电池阴极的集流体包含此类无碳的导电多孔载体。所述载体可包括金属硼化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物和/或金属卤化物。示例性的载体是锑掺杂的氧化锡和氧化钛。相对于常规含碳多孔阴极集流体，这种无碳的阴极在机械性质和电化学性能以及循环寿命等方面得到改善。

技术背景

领域

本发明涉及锂-空气电池，更具体地涉及用于所述电池的电极设计。

技术背景

锂-空气电池包括金属-空气电池化学过程，该化学过程通过阳极锂的氧化以及阴极处氧气的还原产生电流。因为锂-空气电池储存的能量密度高，成为近来研究的对象。这种电池主要通过利用大气中的氧气作为活性物质，而非在电池内部储存氧化剂，从而在能量密度方面与常规电池相比从根本上得到改进。

非水性碳阴极基锂-空气电池面临的主要问题是氧化锂反应产物的不溶性。例如，过氧化锂（Li₂O₂）是可以观察到的反应产物。它们聚积在阴极结构中使物质的扩散受阻，从而抑制了电池反应的动力学过程。

这种阴极为核心的锂-空气电池的另一个难题是循环过程中产生很大的极化。产生极化的原因可能是在放电过程中产生Li₂O₂以及充电过程中分解Li₂O₂均需要很高的活化能。

因此，人们非常需要机械性能和化学性能优越的阴极，以支持锂-空气电池中的氧还原和氧析出反应。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明而被认识。

需要理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明的实施方案，目的是提供理解本发明本质和特性的概要或框架。附图是本说明书的一部分，可对本发明形成进一步的理解。附图说明了本发明的各个实施例，通过对附图的描述和解释阐述本发明的原理和操作方法。

发明内容概要

用于例如锂-空气电池的阴极由不含碳的导电多孔载体组成。所述载体至少含有一种硼化物、碳化物、氮化物、氧化物和卤化物。示例性的化合物可以是氧化锡和氧化钛，例如锑掺杂的氧化锡或亚氧化钛。多孔载体可以由部分聚结的颗粒组成，这些颗粒可呈球形、椭球形、棒状或管状等形状。

与本发明实施方案相应的这类载体的导电性为10^-8-10⁸S/cm，比表面积为10^-3-10⁵m²/g。

在以下的详细描述中提出了本发明内容的附加特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的本发明内容而被认识。

前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本发明内容的实施方式，为理解本发明的本质和特性提供了概要或框架。附图是说明书的一部分，可进一步理解本发明的内容。附图说明了本发明的各种实施方式、原理以及效果，在说明书中进行了描述。附图和说明仅仅是范例，不起限制本发明权利要求范围的作用。

附图简要说明

结合以下附图可以对本发明的具体实施方式的详细描述时更好地理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是示例性锂-空气电池的示意图；

图2是对比例1和2的VXC-72碳材料的TEM图；

图3是实施例1和2的Sb掺杂SnO₂材料的TEM图；