[发明专利]锂-空气电池及其制备方法

说明书

本发明公开了锂‑空气电池及其制备方法。通过消除现有技术中堆叠在气体扩散层和集电器上的两个隔膜并且通过使用两种凝胶聚合物电解质膜作为隔膜，从而可以减小电池的重量并可以改进其能量密度，其中每种凝胶聚合物电解质膜包括浸有电解质的凝胶化聚合物基质。通过限制电解质的流动性，可以防止电解质的挥发、渗漏或偏压。此外，可以增加电池的容量和寿命。

技术领域

本发明涉及锂-空气电池及其制备方法。通过消除在常规锂-空气电池的气体扩散层和集电器上堆叠的两个双极性板，从而可以制备减轻重量、改进能量密度并增加容量和寿命的锂-空气电池。此外，锂-空气电池可以包括两种凝胶聚合物电解质膜作为隔膜，每种凝胶聚合物电解质膜包括浸有电解质的凝胶化聚合物基质。

背景技术

在设计用于锂-空气电池系统的大容量电池时，与电池的能量存储和转化不相关的部件(例如固定装置或双极性板)会导致能量密度降低。例如，当应用堆叠系统时，双极性板和其它部件占据的体积和重量是电池的阴极/隔膜/阳极组件的体积和重量的四倍，从而导致难以实现高能量密度的锂-空气电池。因此，已经进行了研究以减小部件的重量并改进锂-空气电池的能量密度。

在现有技术中，燃料电池堆具有这样的结构，其中双极性板设置在包括燃料电极、电解质膜和空气电极的膜电极组件的两侧上。在具有这种结构的燃料电池中，双极性板可以位于两个远端，因此可以隔离单元电池内的液体电解质。然而，当制造其中通过采用上述结构而使锂-空气单元电池堆叠的堆叠型电池时，会在每个单元电池中设置两个双极性板，因此难以减小电池的重量并改进电池的能量密度。

尽管现有技术的锂-空气电池具有优良的理论能量密度，但是在实现电池系统的过程中，由于用于实现性能的部件的安装而会大大降低其能量密度并会增加其重量。因此，需要开发一种用于改进电池系统的能量密度并使其重量最小化的技术。

公开于本背景部分的以上信息仅仅用于增加对本发明的背景的理解，因此其可以包含不构成已为该国家中的本领域一般技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

在优选的方面，提供锂-空气电池及其制备方法。通过消除双极性板，锂-空气电池可以具有减轻的重量和改进的能量密度。例如，锂-空气电池可以包括凝胶聚合物电解质膜，每种凝胶聚合物电解质膜以用作隔膜的方式可以包括浸有电解质的凝胶聚合物基质。在本文提及的术语“凝胶聚合物”或“聚合物凝胶”包含固体聚合物和液体组分(例如，溶剂组分或电解质)，可以提供固体聚合物的性质(例如，机械性质如硬度)并同时保持由液体组分提供的性质。在某一实施方案中，凝胶聚合物可以适当地包含浸有一种或多种液体电解质的固体聚合物，从而使得凝胶聚合物可以保持固体聚合物的机械性质(例如，硬度或形状)并保持液体电解质的离子传导性或离子性质。

此外，制备锂-空气电池的方法可以通过形成两种凝胶聚合物电解质膜而提供改进的电极稳定性和增加的电池容量和寿命，其中每种凝胶聚合物电解质膜可以包括对应于阴极和阳极中的一者适用的电解质。

然而，本发明可不限于上述方面。本发明的各个实施方案通过以下描述将更加显而易见，并且将通过所附权利要求中指出的元件及其组合来实现。

在一个方面，提供一种锂-空气电池，其包括阴极、凝胶聚合物电解质膜以及阳极，所述凝胶聚合物电解质膜设置在阴极和阳极之间。

凝胶聚合物电解质膜可以包括第一凝胶聚合物电解质膜和第二凝胶聚合物电解质膜。优选地，第一凝胶聚合物电解质膜可以与阴极接触，第二凝胶聚合物电解质膜可以与阳极接触。