[发明专利]锂空气电池及其制造方法

说明书

本发明涉及一种锂空气电池及其制造方法。在碳正电极上形成用于诱导薄膜型放电产物的生长的晶种层。可以与锂离子反应的反应区域的数量增加，从而可以进行高速放电。由于晶种层诱导薄膜型放电产物的生长，因此也可以进行高速充电。另外，由于晶种层诱导薄膜型放电产物的生长，因此可以增加电池的容量。此外，锂空气电池中过电压的发生减少，从而提高了电池的寿命，同时提高了电池的稳定性。

技术领域

本公开涉及一种锂空气电池，其包括能够存储和释放的负电极，以及使用空气中的氧气的正电极。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

锂空气电池通常包括能够存储和释放锂离子的负电极，以及使用空气中的氧气作为正电极活性材料的正电极。正电极包括析氧和还原催化剂，以及设置在负电极和正电极之间的电解质。锂空气电池具有非常高的能量密度，因为空气中的氧气被用作正电极活性材料，由此锂空气电池作为下一代电池引起了相当大的关注。

当锂空气电池放电时，从负电极产生的锂与氧气结合以在正电极中产生锂氧化物，并且氧气被还原(氧气还原反应：ORR)以产生氧负离子。另一方面，当锂空气电池充电时，锂氧化物被氧化，并且放出氧气(析氧反应：OER)以产生氧气。

具体而言，我们发现在锂空气电池放电期间形成的锂氧化物不能充分溶解在有机溶剂中，因此作为固体氧化物存在。在这种情况下，固态锂氧化物积聚在正极(其为碳电极)的反应位点阻挡氧气通道，从而阻碍氧气的扩散。也就是说，固态锂氧化物阻止氧气和锂离子之间的接触，并堵塞碳中的孔隙。因此，难以形成锂氧化物，从而降低了电池的容量。另外，在电池充电期间未被还原的一些锂氧化物作为副反应沉积物存在，这阻碍了电荷的传输，由此引起高电阻和高电压。因此，由于电解质的分解，电池可能劣化。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本公开背景的理解，因此其可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种锂空气电池，包括在碳正电极和隔板之间形成的晶种层，使得可以高速充电和放电，从而提高电池的容量。

此外，本公开提供一种锂空气电池的制造方法，通过该方法在碳正电极上形成的晶种层诱导薄膜型放电产物的生长，以抑制过电压的发生，由此增加电池的寿命，同时改善电池的稳定性。

根据本公开的一个方面，本公开提供一种锂空气电池，其具有隔板、锂负电极和电解质，包括碳正电极、形成在碳正电极上的晶种层、形成在晶种层上的隔板、形成在隔板上的锂负电极以及浸渍在隔板中的电解质。晶种层包括非金属元素，包括锂(Li)、基于锂的化合物或其混合物。

晶种层可以包括选自由锂(Li)、碳(C)、氧(O)、氮(N)、磷(P)和硫(S)组成的组的至少一种非金属元素；基于锂的化合物，其结合至选自由锂(Li)、碳(C)、氧(O)、氮(N)、磷(P)和硫(S)组成的组的至少一种非金属元素，或它们的混合物。

基于锂的化合物可以是选自由LiNO₃、LiNO₂、Li₂S₆、Li₃P、Li₃PO₄、Li_xPO_yN_z(其中3<x<4.5，1.5<y<3.5并且0.2<z<1.5)，Li₂CO₃或其混合物组成的组的至少一种。

根据本公开的另一方面，晶种层可以具有1至100nm的厚度。晶种层可以表现出高于电子传导性的锂离子传导性。锂空气电池可以重复充电和放电，以在晶种层和隔板之间诱导薄膜型放电产物的生长。薄膜型放电产物可以是选自由Li₂O₂、LiO₂和LiOH组成的组的至少一种锂氧化物。