[发明专利]耐久性良好的锂空气电池电解质膜、其制造方法和包括其的锂空气电池

说明书

公开了具有良好耐久性的用于锂空气电池的电解质膜、制造该电解质膜的方法以及包括该电解质膜的锂空气电池。用于锂空气电池的电解质膜可以包括增强膜和电解质溶液，因此是非挥发性的，并能够确保充分的物理强度。

发明领域

本发明涉及具有良好耐久性的用于锂空气电池的电解质膜、制造该电解质膜的方法以及包括该电解质膜的锂空气电池。

背景技术

典型地，锂空气电池设置成包括阳极、阴极以及在阴极和阳极之间的锂离子导电电解质，上述阴极包括氧的氧化还原催化剂并使用空气中的氧作为阴极活性材料。

与常规的锂离子电池不同，锂空气电池具有其中外部气体例如氧流入和流出电池(cell)的结构，因此不能使用挥发性溶剂，例如锂离子电池中通常使用的电解质。因此，基本上要求非挥发性(nonvolatile)电解质作为用于锂空气电池的电解质。

而且，由于阴极要求提供氧，必须使用多孔基质(substrate)，另外，要求使用能够起到用于传输从阳极接收的离子的离子传输载体的作用的非挥发性电解质。

发明内容

在优选的方面，提供了用于锂空气电池的电解质膜，该电解质膜可以包括凝胶型非挥发性电解质，并可以确保充分的物理强度。

此外，提供了用于锂空气电池的电解质膜，该电解质膜可以对于阳极的锂离子具有优异的耐还原性(reduction resistance)和耐化学性(chemical resistance)，并且对阴极的高电势具有优异的耐氧化性(oxidation resistance)。

本发明的目的不限于前文所述，其通过以下描述将能够清楚地理解，并通过权利要求及其组合中所述的方式加以实现。

一方面，提供一种用于锂空气电池的电解质膜，该电解质膜可以包括有包括孔的增强膜。具体地，增强膜中的孔可以浸渍(impregnated)有聚合物和电解质溶液，并且电解质溶液可以包括离子液体和锂盐。

如本文所用，术语“离子液体”是指仅包括离子物种的溶剂或者由离子(阳离子和阴离子)组成的液体盐。本发明中示例性的离子液体可以包括例如季铵、咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯烷鎓和季鏻的阳离子，但阴离子可以不加具体限定。此外，示例性的离子液体可以包括例如卤化物(halide)、四卤素氯酸根(tetrahalogenoaluminate)(例如，AlF₄^-)、六卤素磷酸根(hexahalogenophosphate)(例如，PF6^-)、四卤素硼酸根(tetrahalogenoborate)(例如，BF₄^-)、双(磺酰基)酰亚胺或硝酸根(NO₃^-)的阴离子，但阳离子可以不加具体限定。

如本文所用，术语“锂盐”是指包括锂阳离子(例如，)和抗衡阴离子(例如，卤化物、有机或无机酸或配体)的化合物。优选的锂盐可以适当地为硝酸锂(LiNO₃)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)(LiTFSI)、(三氟甲烷)磺酰亚胺锂(lithium(trifluoromethane)sulfoneimide)(LiFSI)或其组合。

增强膜中的孔还可以浸渍有添加剂

添加剂可以适当地包括离子导电聚合物，离子导电聚合物包括选自聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(TFSI)和双(氟磺酰基)酰亚胺(FSI)中的一种或多种。

聚合物可以包括非离子型导电聚合物。非离子型导电聚合物可以适当地包括选自聚偏氟乙烯(PVdF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧乙烯(PEO)和聚苯乙烯(PS)中的一种或多种。