[发明专利]一种可弯曲单基板锂-空气电池串联结构

说明书

本发明公开了一种单基板锂‑空气电池串联结构。该结构以柔性基板为底层，自下而上分别加工图案化的导电涂层、金属锂负极、绝缘隔层、空气电极和阻水透气膜。发明所述的单基板锂‑空气电池串联结构具有柔性可弯曲的结构特点，提高电池组件的适用性和安全性；实现单基板上制备正负极材料，降低电池系统质量，提高能量密度；通过导电涂层图案化参数的变化，实现串联组件输出电流和电压的调控。

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种锂-空气电池结构。

背景技术

科学和技术的进步推动着制造业的不断升级，能源的供给、使用和存储作为基础支撑着整个产业升级。化石能源日益枯竭，生态污染不断加重，全球气候不断变暖，如何洁净地使用能源成为人类社会无法回避的关键课题。电池替代传统的化石燃料驱动机动车等动力设备成为学术界和产业界共同关注的热点。经过二十多年的发展，锂离子电池的容量密度已经逐渐接近其理论极限，然而其作为动力电池驱动电动车行驶的里程普遍小于100英里，无法满足实际的需求。锂-空气电池负极采用最高电化学容量的金属锂(2860mAh/g)，正极的活性反应物来源于外界空气，因而锂-空气电池的理论能量密度可以达到11680Wh/kg，将其作为动力电池一次充电驱动电动车可以达到300英里以上，达到了化石燃料的水平。随着学术界和工业界的持续研究和投入，锂-空气电池被广泛认为是锂离子电池的理想替代者用来驱动动力汽车。考虑到材料成本和使用安全，有机电解质体系的锂-空气电池成为研究主体。经过大量的研究积累，正/负极材料和电解液得到广泛的开发，电池充放电机制和各部分之间的协同效应得到了深入的研究。然而，针对锂-空气电池的性能研究普遍采用简单的片层堆叠结构和复杂的外部金属装置，测试的容量和循环性能仅针对材料的特性，无法反映电池的整体性能。美国西北太平洋国家实验室的Jiguang Zhang及其合作者，通过将“空气电极-锂带-空气电极”结合其他电池元件通过层压封装于外部保护材料中，制成典型的“三明治结构”的软包装锂-空气电池，进而评测电池的性能。尽管这种“三明治结构”可以用来评测电池的整体性能，考虑到这种简单堆叠结构层数进一步提高后，无法解决内部空气电极对气体扩散的要求和金属锂负极对空气的敏感性，限制能量密度和安全性能。因而，如何进一步提高电池的能量密度、实现电池的柔性可弯曲和调节输出电流与电压成为锂-空气实际应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种单基板锂-空气电池串联结构，提高电池的能量密度、实现电池的柔性可弯曲和调节输出电流与电压。

一种可弯曲单基板锂-空气电池串联结构，包括柔性基板、金属锂负极、空气电极，

于柔性基板的上表面从左至右依次顺序设置有2个以上的条状导电涂层，相邻导电涂层间留有间隙；于每一个导电涂层上均设置有绝缘隔层，绝缘隔层的下表面设有凹槽，凹槽内放置有金属锂负极，金属锂负极与导电涂层上表面相接触；

绝缘隔层的下表面右侧边缘向下延伸至相邻导电涂层的间隙内，使相邻导电涂层间通过绝缘隔层相间隔；绝缘隔层的下表面左侧边缘与导电涂层上表面相接触；

于绝缘隔层上表面设有空气电极，空气电极右侧边缘向下延伸至与空气电极所在条状导电涂层相邻的、且处于它们右侧的导电涂层上，并与它们右侧的导电涂层相接触；

于空气电极上表面设有阻水透气膜，阻水透气膜的右侧和左侧边缘分别向下延伸并与导电涂层上表面相接触；空气电极处于绝缘隔层和阻水透气膜之间，于绝缘隔层和阻水透气膜间设有条状阻水透气膜，条状阻水透气膜将空气电极从左至右依次顺序分隔成2个以上单元。

于空气电极和绝缘隔层中浸润有电解液。

于每个空气电极单元所在的阻水透气膜上均分别开设有注液孔，注液孔采用密封胶封堵密封。

所述柔性基板为一平板，金属锂负极为长条状结构。