[发明专利]电极组件、锂氧薄膜电池及制备方法

说明书

本发明涉及一种电极组件、锂氧薄膜电池及制备方法，电极组件包括绝缘衬底、正极薄膜层、负极薄膜层和保护层，正极薄膜层和负极薄膜层位于所述绝缘衬底的同一表面，且正极薄膜层和负极薄膜层之间具有间距，保护层位于负极薄膜层的上表面。该电极组件结构简单，为原位表征提供了可靠的平台，尺寸可调控范围大，材料利用率高，且制备方法简单快速，采用该电极组件制成的锂氧薄膜电池便于进行集成化设计以及实现电池便携式处理。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种电极组件、锂氧薄膜电池及制备方法。

背景技术

随着电动交通工具的推广和飞速发展，对于可移动化学电源的性能提出了新的要求。不仅要求更高的能量密度来提供持久动力，同时也要求较高的功率密度来满足快速启动和加速、爬坡时的高功率需求。因而具有高能量密度和大功率密度的新型化学电源已在全球范围内成为研究热点。锂氧电池因具有超高理论能量密度而受到广泛关注，有望成为未来电池的主流趋势。然而现有的锂氧电池的实际能量密度、充放电效率、循环寿命等性能还不理想，严重限制其发展和应用。影响锂氧电池性能的因素较多，关键因素包括电极材料、电解液等方面，因而筛选更稳定有效的电极材料和电解液成为重点。

现有的锂氧电池主要参考扣式锂离子电池的结构，由上到下依次包括开孔的正极电池壳、正极片、浸有电解液的隔膜、负极片(锂片)、垫圈、弹簧片、负极壳，其存在如下问题：

1、正极片的制备和电池组装过程都较复杂，耗时长，时间成本高；

2、电池的尺寸较大，研究电池性能时所需材料较多，如电极、电解液、集流体等，研究成本高，且碍于结构限制，尺寸难以缩小；

3、由于锂氧电池的界面反应机理有待进一步研究和阐述，原位表征手段是最常用，也是最有效的界面反应机理研究方法，而现有的电池尺寸较大，且对充放电性能测试过程中的电池材料如电极、电解液等进行如SEM、STEM、XRD等表征时需要拆开甚至破坏电池，无法对其进行原位表征，难以快速有效地研究锂氧电池的界面反应机理及电池材料在充放电过程中的变化；

4、正极片的制备一般是将活性物质、粘结剂、导电剂等混合后涂抹于集流体，一是粘结剂、导电剂、集流体等均可能对电池性能有影响，难以单独研究正极活性材料或电解液等对电池性能的影响，二是正极片的形貌、活性物质负载量等难以控制，增加了电池变量，上述两方面均增大了筛选电极材料和电解液的难度。

亟待一种制备工艺简单、尺寸可调控、便于原位表征、能快速有效地研究电池性能进而指导电池材料的筛选和改进的新型结构的锂氧电池。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电极组件、锂氧薄膜电池及制备方法，该电极组件结构简单，为原位表征提供了可靠的平台，尺寸可调控范围大，材料利用率高，且制备方法简单快速，采用该电极组件制成的锂氧薄膜电池便于进行集成化设计以及实现电池便携式处理。

第一方面，本发明提供了一种电极组件，包括绝缘衬底、正极薄膜层、负极薄膜层和保护层，所述正极薄膜层和所述负极薄膜层位于所述绝缘衬底的同一表面，且所述正极薄膜层和所述负极薄膜层之间具有间距，所述保护层位于所述负极薄膜层的上表面。

优选的，所述正极薄膜层的材料为具有催化氧还原反应能力的下述物质中的至少一种：金属、过渡金属氧化物、过渡金属氮化物和金属碳化物。

优选的，所述金属包括铂、金、钯、钌中的一种或多种；所述过渡金属氧化物包括钴氧化物、锰氧化物、铁氧化物、镍氧化物中的一种或多种。

优选的，所述负极薄膜层的材料为金属锂或含金属锂的合金；所述保护层的材料为金属铝。

优选的，所述正极薄膜层的厚度为50～200nm，进一步优选为100nm；所述负极薄膜层的厚度为50～200nm，进一步优选为100nm；所述保护层的厚度为100～250nm，进一步优选为150nm。