一種可控復合陽極結構鋰氧電池的制作方法
【專利摘要】一種可控復合陽極結構鋰氧電池，包括電池殼體，在電池殼體內(nèi)依次設有復合陽極、隔膜、電解液、隔膜、陰極氣體擴散電極，在不銹鋼殼體上設有與空氣腔室連通的氣體管路和氣體閥門，在不銹鋼殼體內(nèi)位于復合陽極一端設有可視化殼體，在所述兩個絕緣殼體對應復合陽極處分別設有更換口Ⅰ和更換口Ⅱ，在更換口Ⅱ內(nèi)設有密封塞，所述電池殼體上設有內(nèi)裝多片復合陽極的陽極可控腔室，在陽極可控腔室上插裝有與更換口Ⅰ對應的推拉板。優(yōu)點是：電池結構合理，可以通過陽極控腔室對復合陽極進行補給更換，使得鋰氧電池可以連續(xù)工作，從而延長了電池的使用壽命，該鋰氧電池首次放電容量≥2350mAh/kg，循環(huán)次數(shù)大于95次，連續(xù)工作時間超過120天。
【專利說明】
-種可控復合陽極結構裡氧電池
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種可控復合陽極結構裡氧電池。
【背景技術】
[0002] 裡氧電池是一種用裡金屬作為負極，W空氣中的氧氣作為正極反應物的電池。放 電過程:陽極的金屬裡釋放電子后成為裡陽離子化n ,Li+穿過電解質材料，在陰極與氧氣、 W及從外電路流過來的電子結合生成氧化裡化i2〇)或者過氧化裡化i2化），并留在陰極，裡 氧電池的開路電壓為2.91V。
[0003] 裡氧電池比裡離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（W多孔碳為主)很輕， 且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。氧氣作為裡氧電池陰極反應物不受限，該電池 的容量僅取決于裡電極，其比能量為5,210Wh/kg(包括氧氣質量)或11，140Wh/kg(不包括氧 氣），相對于其他的金屬-空氣電池，裡氧電池具有更高的比能量。因此，裡氧電池 W其具有 較高的理論比容量和比能量W及對環(huán)境友好等特性而成為目前備受關注的能量轉換體系。 但裡氧電池放電過程中，由于陰極側的氧氣易透過電解液滲透到陽極，氧化金屬裡而失去 放電能力，隨著放電的長時間進行，而導致放電終止，影響裡氧電池的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可控復合陽極結構裡氧電池，克服陽極金屬 裡受電池內(nèi)部氧氣或水的腐蝕，最終導致放電終止，從而導致裡氧電池比能量及循環(huán)性能 偏低的問題。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是： 一種可控復合陽極結構裡氧電池，包括由不誘鋼殼體及設在不誘鋼殼體內(nèi)的兩個絕緣 殼體圍成的電池殼體，在電池殼體內(nèi)依次設有復合陽極、隔膜、電解液、隔膜、陰極氣體擴散 電極，不誘鋼殼體內(nèi)位于陰極氣體擴散電極右側留有空氣腔室，并在不誘鋼殼體上設有與 空氣腔室連通的氣體管路和氣體閥口，其特殊之處是:在不誘鋼殼體內(nèi)位于復合陽極一端 設有可視化殼體，用于觀察電池殼體內(nèi)的復合陽極腐蝕情況;在所述兩個絕緣殼體對應復 合陽極處分別設有更換口I和更換口 n，在更換口 n內(nèi)設有密封塞，所述電池殼體上設有內(nèi) 裝多片復合陽極的陽極可控腔室，在陽極可控腔室上插裝有與更換口 I對應的推拉板。
[0006] 在所述推拉板上端具有卡沿，推拉板插入陽極可控腔室后通過卡沿定位。
[0007] 在所述陽極可控腔室內(nèi)設有彈黃，用于將多片復合陽極推靠在推拉板上。
[000引所述復合陽極由豎置的正方形泡沫儀片、右側豎置的正方形裡侶合金片、水平嵌 入裡侶合金和泡沫儀中屯、位置的圓形金屬裡片組成，其中，裡侶合金片、泡沫儀片和金屬裡 片的厚度比為1:1:2,泡沫儀片是電子的良導體，可W起到集流作用，裡侶合金片具有抗腐 蝕、保護金屬裡片的作用，該結構復合陽極可W有效抑制金屬裡片的腐蝕，提高了電池的比 能量、循環(huán)性能W及工作壽命。
[0009]所述陽極可控腔室內(nèi)裝有5片~10片復合陽極。
[0010] 所述泡沫儀和裡侶合金的大小相同，所述金屬裡的直徑與泡沫儀的邊長比例為I: 2 ~1:3。
[0011] 所述可視化殼體的材質為有機玻璃。
[0012] 所述可視化殼體的邊長為20mm~30mm。
[0013] 所述陰極擴散電極分為擴散層與催化層兩部分，其中催化層中催化劑是由質量比 為4:2:4的二氧化儘、氧化銅與碳載銷組成的。
[0014] 本發(fā)明的有益效果： 電池結構合理，通過可視化殼體觀察，在復合陽極的金屬裡腐蝕之后，可W通過陽極控 腔室對復合陽極進行補給更換，使得裡氧電池可W連續(xù)工作，裡氧電池不會因金屬裡腐蝕 而停止工作，從而延長了電池的使用壽命，該裡氧電池首次放電容量含2350mAh/kg，循環(huán)次 數(shù)大于95次，連續(xù)工作時間超過120天。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的可控陽極裡氧電池的結構示意圖； 圖2為圖1中復合陽極的左視圖。
[0016] 圖中；1-陽極可控腔室，2-復合陽極，201-泡沫儀片，202-裡侶合金片，203-金屬裡 片，3-隔膜，4-電解液，5-陰極氣體擴散電極，6-推拉板，601-卡沿，7-電池殼體，701-絕緣殼 體，702-不誘鋼殼體，8-可視化殼體，9-氣體閥口，10-氣體管路，11-彈黃，12-更換口 1,13-更換口 n ,14-密封塞。
【具體實施方式】 [0017]實施例1 如圖所示，該可控復合陽極結構裡氧電池，包括由上、下敞口的不誘鋼殼體702及橫置 于不誘鋼殼體702的上、下口內(nèi)的兩個絕緣殼體701圍成的電池殼體7，在電池殼體7內(nèi)由左 向右依次豎置有復合陽極2、隔膜3、電解液4、隔膜3、陰極氣體擴散電極5,不誘鋼殼體702內(nèi) 位于陰極氣體擴散電極5右側留有空氣腔室，并在不誘鋼殼體702上設有與空氣腔室連通的 氣體管路10和氣體閥口 9,在不誘鋼殼體702內(nèi)位于復合陽極2-端嵌有邊長為20mm~30mm、 材質為有機玻璃的可視化殼體，用于觀察電池殼體7內(nèi)的復合陽極2腐蝕情況，本實施例W 可視化殼體8為邊長為20cm的正方形為例;在所述兩個絕緣殼體701對應復合陽極2處分別 設有更換口 112和更換口 n 13，在更換口 n 13內(nèi)設有密封塞14，所述電池殼體7上設有內(nèi)裝5 片~10片復合陽極2的陽極可控腔室1，本實施例W裝有7片復合陽極為例，在陽極可控腔室 1上插裝有與更換口 112對應的推拉板6,在推拉板6上端具有卡沿601，推拉板6插入陽極可 控腔室1后通過卡沿601定位，在所述陽極可控腔室1內(nèi)設有彈黃11，用于將多片復合陽極2 推靠在推拉板6上； 所述復合陽極2由左側豎置的正方形泡沫儀片201、右側豎置的正方形裡侶合金片202、 水平嵌入裡侶合金片202和泡沫儀片201中屯、位置的圓形金屬裡片203組成，其中，泡沫儀片 201和裡侶合金片202的大小相同，金屬裡片203的直徑與泡沫儀片201的邊長比例為1:2,裡 侶合金片202、泡沫儀片201和金屬裡片203的厚度比為1:1:2,泡沫儀片201是電子的良導 體，可W起到集流作用，裡侶合金片202具有抗腐蝕、保護金屬裡片203的作用，該結構復合 陽極2可W有效抑制金屬裡片203的腐蝕，提高了電池的比能量、循環(huán)性能W及工作壽命。
[0018] 所述陰極氣體擴散電極5分為擴散層與催化層兩部分，其中催化層中催化劑是由 質量比為4:2:4的二氧化儘、氧化銅與碳載銷組成的。
[0019] 工作時，通過可視化殼體8觀察復合陽極2的金屬裡片203腐蝕情況，需要更換復合 陽極2時，取下密封塞14,提拉推拉板6,陽極可控腔室1內(nèi)的復合陽極2在彈黃11壓力的作用 下，向左側移動，最左側的復合陽極2移動至與更換口 112對應位置，壓下推拉板6,使電池殼 體7內(nèi)的復合陽極2由更換口 n 13被壓出，陽極可控腔室1內(nèi)的復合陽極2全部壓入電池殼體 7內(nèi)，裝入密封塞14,使電池殼體7密閉。
[0020] 實施例2 如圖所示，該可控復合陽極結構裡氧電池的結構和復合陽極結構同實施例1，其中復合 陽極的金屬裡的直徑與泡沫儀的邊長比例為1: 3。
[0021] 實施例3 如圖所示，該可控復合陽極結構裡氧電池的結構和復合陽極結構同實施例1，其中復合 陽極的金屬裡的直徑與泡沫儀的邊長比例為1:2.5。
[0022] 本發(fā)明實施例1~實施例3的可控復合陽極結構裡氧電池復合陽極的泡沫儀片、裡 侶合金片和金屬裡片厚度分別為0. lmm、0. lmm、0.2mm; 隔膜的材質為聚丙締微孔膜Celgard 2400。
[0023] 電解液為LiPFs的EC/EMC/DMC溶液化C為碳酸乙締醋，EMC為碳酸甲乙醋，DMC為碳 酸二甲醋）； 陰極氣體擴散電極為常規(guī)空氣電極，它分為擴散層與催化層兩部分； 將碳紙置于80°C電熱板上，使用噴槍依次將制備好整平層漿料與催化層漿料在0.2MPa 的壓力下噴涂在碳紙表面，在60°C干燥化，然后從中取直徑38mm的圓片作為空氣電極備用； 取下的空氣電極置于60°C的干燥箱中干燥12h得陰極氣體擴散電極； 整平層漿料:稱取IOOmg碳粉置入小燒杯內(nèi)，隨后加入250mg質量分數(shù)10%的黏結劑溶 液、1000 mg乙醇和1000 mg水，超聲分散化，備用； 催化層漿料:分別稱取SOmg碳粉、Smg二氧化儘、4mg氧化銅與Smg碳載銷置入小燒杯內(nèi)， 隨后加入200mg質量分數(shù)10 %的黏結劑溶液、SOOmg乙醇和SOOmg水，超聲分散化，備用。 「〇〇勺/11 皆旅/teih~，皆旅六包厶ran姑公主去h左田鋪由、''/A的由臺b LUUZ3」 W王1乂刃牟化巧的具悴頭她例ra G
，升個用了爬制牟化巧，x了了牟'觀蝴的化不八 員來說，本發(fā)明可W有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種可控復合陽極結構鋰氧電池，包括由不銹鋼殼體及設在不銹鋼殼體內(nèi)的兩個絕 緣殼體圍成的電池殼體，在電池殼體內(nèi)依次設有復合陽極、隔膜、電解液、隔膜、陰極氣體擴 散電極，不銹鋼殼體內(nèi)位于陰極氣體擴散電極右側留有空氣腔室，并在不銹鋼殼體上設有 與空氣腔室連通的氣體管路和氣體閥門，其特征是:在不銹鋼殼體內(nèi)位于復合陽極一端設 有可視化殼體，用于觀察電池殼體內(nèi)的復合陽極腐蝕情況;在所述兩個絕緣殼體對應復合 陽極處分別設有更換口 I和更換口 Π ，在更換口 Π 內(nèi)設有密封塞，所述電池殼體上設有內(nèi)裝 多片復合陽極的陽極可控腔室，在陽極可控腔室上插裝有與更換口 I對應的推拉板。2. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:在所述推拉板上端具 有卡沿，推拉板插入陽極可控腔室后通過卡沿定位。3. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:在所述陽極可控腔室 內(nèi)設有彈簧，用于將多片復合陽極推靠在推拉板上。4. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述復合陽極由豎置 的正方形泡沫鎳片、右側豎置的正方形鋰鋁合金片、水平嵌入鋰鋁合金和泡沫鎳中心位置 的圓形金屬鋰片組成，其中，鋰鋁合金片、泡沫鎳片和金屬鋰片的厚度比為1:1:2。5. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述陽極可控腔室內(nèi) 裝有5片~10片復合陽極。6. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述泡沫鎳和鋰鋁合 金的大小相同，所述金屬鋰的直徑與泡沫鎳的邊長比例為1:2~1: 3。7. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述可視化殼體的材 質為有機玻璃。8. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述可視化殼體的邊 長為20mm~30mm。9. 根據(jù)權利要求1所述的可控復合陽極結構鋰氧電池，其特征是:所述陰極擴散電極分 為擴散層與催化層兩部分，其中催化層中催化劑是由質量比為4:2:4的二氧化錳、氧化鑭與 碳載鉑組成的。
【文檔編號】H01M12/08GK105845847SQ201610180048
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】蔡克迪, 張鈺穎, 郎笑石, 王振波, 王家鈞, 肖堯, 楊蕊
【申請人】渤海大學