一种可控复合阳极结构锂氧电池的制作方法
【专利摘要】一种可控复合阳极结构锂氧电池，包括电池壳体，在电池壳体内依次设有复合阳极、隔膜、电解液、隔膜、阴极气体扩散电极，在不锈钢壳体上设有与空气腔室连通的气体管路和气体阀门，在不锈钢壳体内位于复合阳极一端设有可视化壳体，在所述两个绝缘壳体对应复合阳极处分别设有更换口Ⅰ和更换口Ⅱ，在更换口Ⅱ内设有密封塞，所述电池壳体上设有内装多片复合阳极的阳极可控腔室，在阳极可控腔室上插装有与更换口Ⅰ对应的推拉板。优点是：电池结构合理，可以通过阳极控腔室对复合阳极进行补给更换，使得锂氧电池可以连续工作，从而延长了电池的使用寿命，该锂氧电池首次放电容量≥2350mAh/kg，循环次数大于95次，连续工作时间超过120天。
【专利说明】
-种可控复合阳极结构裡氧电池
技术领域
[0001] 本发明设及一种可控复合阳极结构裡氧电池。
【背景技术】
[0002] 裡氧电池是一种用裡金属作为负极，W空气中的氧气作为正极反应物的电池。放 电过程:阳极的金属裡释放电子后成为裡阳离子化n ,Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、 W及从外电路流过来的电子结合生成氧化裡化i2〇)或者过氧化裡化i2化），并留在阴极，裡 氧电池的开路电压为2.91V。
[0003] 裡氧电池比裡离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（W多孔碳为主)很轻， 且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。氧气作为裡氧电池阴极反应物不受限，该电池 的容量仅取决于裡电极，其比能量为5,210Wh/kg(包括氧气质量)或11，140Wh/kg(不包括氧 气），相对于其他的金属-空气电池，裡氧电池具有更高的比能量。因此，裡氧电池 W其具有 较高的理论比容量和比能量W及对环境友好等特性而成为目前备受关注的能量转换体系。 但裡氧电池放电过程中，由于阴极侧的氧气易透过电解液渗透到阳极，氧化金属裡而失去 放电能力，随着放电的长时间进行，而导致放电终止，影响裡氧电池的使用寿命。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种可控复合阳极结构裡氧电池，克服阳极金属 裡受电池内部氧气或水的腐蚀，最终导致放电终止，从而导致裡氧电池比能量及循环性能 偏低的问题。
[0005] 本发明的技术解决方案是： 一种可控复合阳极结构裡氧电池，包括由不诱钢壳体及设在不诱钢壳体内的两个绝缘 壳体围成的电池壳体，在电池壳体内依次设有复合阳极、隔膜、电解液、隔膜、阴极气体扩散 电极，不诱钢壳体内位于阴极气体扩散电极右侧留有空气腔室，并在不诱钢壳体上设有与 空气腔室连通的气体管路和气体阀口，其特殊之处是:在不诱钢壳体内位于复合阳极一端 设有可视化壳体，用于观察电池壳体内的复合阳极腐蚀情况;在所述两个绝缘壳体对应复 合阳极处分别设有更换口I和更换口 n，在更换口 n内设有密封塞，所述电池壳体上设有内 装多片复合阳极的阳极可控腔室，在阳极可控腔室上插装有与更换口 I对应的推拉板。
[0006] 在所述推拉板上端具有卡沿，推拉板插入阳极可控腔室后通过卡沿定位。
[0007] 在所述阳极可控腔室内设有弹黃，用于将多片复合阳极推靠在推拉板上。
[000引所述复合阳极由竖置的正方形泡沫儀片、右侧竖置的正方形裡侣合金片、水平嵌 入裡侣合金和泡沫儀中屯、位置的圆形金属裡片组成，其中，裡侣合金片、泡沫儀片和金属裡 片的厚度比为1:1:2,泡沫儀片是电子的良导体，可W起到集流作用，裡侣合金片具有抗腐 蚀、保护金属裡片的作用，该结构复合阳极可W有效抑制金属裡片的腐蚀，提高了电池的比 能量、循环性能W及工作寿命。
[0009]所述阳极可控腔室内装有5片~10片复合阳极。
[0010] 所述泡沫儀和裡侣合金的大小相同，所述金属裡的直径与泡沫儀的边长比例为I: 2 ~1:3。
[0011] 所述可视化壳体的材质为有机玻璃。
[0012] 所述可视化壳体的边长为20mm~30mm。
[0013] 所述阴极扩散电极分为扩散层与催化层两部分，其中催化层中催化剂是由质量比 为4:2:4的二氧化儘、氧化铜与碳载销组成的。
[0014] 本发明的有益效果： 电池结构合理，通过可视化壳体观察，在复合阳极的金属裡腐蚀之后，可W通过阳极控 腔室对复合阳极进行补给更换，使得裡氧电池可W连续工作，裡氧电池不会因金属裡腐蚀 而停止工作，从而延长了电池的使用寿命，该裡氧电池首次放电容量含2350mAh/kg，循环次 数大于95次，连续工作时间超过120天。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的可控阳极裡氧电池的结构示意图； 图2为图1中复合阳极的左视图。
[0016] 图中；1-阳极可控腔室，2-复合阳极，201-泡沫儀片，202-裡侣合金片，203-金属裡 片，3-隔膜，4-电解液，5-阴极气体扩散电极，6-推拉板，601-卡沿，7-电池壳体，701-绝缘壳 体，702-不诱钢壳体，8-可视化壳体，9-气体阀口，10-气体管路，11-弹黃，12-更换口 1,13-更换口 n ,14-密封塞。
【具体实施方式】 [0017]实施例1 如图所示，该可控复合阳极结构裡氧电池，包括由上、下敞口的不诱钢壳体702及横置 于不诱钢壳体702的上、下口内的两个绝缘壳体701围成的电池壳体7，在电池壳体7内由左 向右依次竖置有复合阳极2、隔膜3、电解液4、隔膜3、阴极气体扩散电极5,不诱钢壳体702内 位于阴极气体扩散电极5右侧留有空气腔室，并在不诱钢壳体702上设有与空气腔室连通的 气体管路10和气体阀口 9,在不诱钢壳体702内位于复合阳极2-端嵌有边长为20mm~30mm、 材质为有机玻璃的可视化壳体，用于观察电池壳体7内的复合阳极2腐蚀情况，本实施例W 可视化壳体8为边长为20cm的正方形为例;在所述两个绝缘壳体701对应复合阳极2处分别 设有更换口 112和更换口 n 13，在更换口 n 13内设有密封塞14，所述电池壳体7上设有内装5 片~10片复合阳极2的阳极可控腔室1，本实施例W装有7片复合阳极为例，在阳极可控腔室 1上插装有与更换口 112对应的推拉板6,在推拉板6上端具有卡沿601，推拉板6插入阳极可 控腔室1后通过卡沿601定位，在所述阳极可控腔室1内设有弹黃11，用于将多片复合阳极2 推靠在推拉板6上； 所述复合阳极2由左侧竖置的正方形泡沫儀片201、右侧竖置的正方形裡侣合金片202、 水平嵌入裡侣合金片202和泡沫儀片201中屯、位置的圆形金属裡片203组成，其中，泡沫儀片 201和裡侣合金片202的大小相同，金属裡片203的直径与泡沫儀片201的边长比例为1:2,裡 侣合金片202、泡沫儀片201和金属裡片203的厚度比为1:1:2,泡沫儀片201是电子的良导 体，可W起到集流作用，裡侣合金片202具有抗腐蚀、保护金属裡片203的作用，该结构复合 阳极2可W有效抑制金属裡片203的腐蚀，提高了电池的比能量、循环性能W及工作寿命。
[0018] 所述阴极气体扩散电极5分为扩散层与催化层两部分，其中催化层中催化剂是由 质量比为4:2:4的二氧化儘、氧化铜与碳载销组成的。
[0019] 工作时，通过可视化壳体8观察复合阳极2的金属裡片203腐蚀情况，需要更换复合 阳极2时，取下密封塞14,提拉推拉板6,阳极可控腔室1内的复合阳极2在弹黃11压力的作用 下，向左侧移动，最左侧的复合阳极2移动至与更换口 112对应位置，压下推拉板6,使电池壳 体7内的复合阳极2由更换口 n 13被压出，阳极可控腔室1内的复合阳极2全部压入电池壳体 7内，装入密封塞14,使电池壳体7密闭。
[0020] 实施例2 如图所示，该可控复合阳极结构裡氧电池的结构和复合阳极结构同实施例1，其中复合 阳极的金属裡的直径与泡沫儀的边长比例为1: 3。
[0021] 实施例3 如图所示，该可控复合阳极结构裡氧电池的结构和复合阳极结构同实施例1，其中复合 阳极的金属裡的直径与泡沫儀的边长比例为1:2.5。
[0022] 本发明实施例1~实施例3的可控复合阳极结构裡氧电池复合阳极的泡沫儀片、裡 侣合金片和金属裡片厚度分别为0. lmm、0. lmm、0.2mm; 隔膜的材质为聚丙締微孔膜Celgard 2400。
[0023] 电解液为LiPFs的EC/EMC/DMC溶液化C为碳酸乙締醋，EMC为碳酸甲乙醋，DMC为碳 酸二甲醋）； 阴极气体扩散电极为常规空气电极，它分为扩散层与催化层两部分； 将碳纸置于80°C电热板上，使用喷枪依次将制备好整平层浆料与催化层浆料在0.2MPa 的压力下喷涂在碳纸表面，在60°C干燥化，然后从中取直径38mm的圆片作为空气电极备用； 取下的空气电极置于60°C的干燥箱中干燥12h得阴极气体扩散电极； 整平层浆料:称取IOOmg碳粉置入小烧杯内，随后加入250mg质量分数10%的黏结剂溶 液、1000 mg乙醇和1000 mg水，超声分散化，备用； 催化层浆料:分别称取SOmg碳粉、Smg二氧化儘、4mg氧化铜与Smg碳载销置入小烧杯内， 随后加入200mg质量分数10 %的黏结剂溶液、SOOmg乙醇和SOOmg水，超声分散化，备用。 「〇〇勺/11 皆旅/teih~，皆旅六包厶ran姑公主去h左田铺由、''/A的由台b LUUZ3」 W王1乂刃牟化巧的具悴头她例ra G
，升个用了爬制牟化巧，x了了牟'观蝴的化不八 员来说，本发明可W有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种可控复合阳极结构锂氧电池，包括由不锈钢壳体及设在不锈钢壳体内的两个绝 缘壳体围成的电池壳体，在电池壳体内依次设有复合阳极、隔膜、电解液、隔膜、阴极气体扩 散电极，不锈钢壳体内位于阴极气体扩散电极右侧留有空气腔室，并在不锈钢壳体上设有 与空气腔室连通的气体管路和气体阀门，其特征是:在不锈钢壳体内位于复合阳极一端设 有可视化壳体，用于观察电池壳体内的复合阳极腐蚀情况;在所述两个绝缘壳体对应复合 阳极处分别设有更换口 I和更换口 Π ，在更换口 Π 内设有密封塞，所述电池壳体上设有内装 多片复合阳极的阳极可控腔室，在阳极可控腔室上插装有与更换口 I对应的推拉板。2. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:在所述推拉板上端具 有卡沿，推拉板插入阳极可控腔室后通过卡沿定位。3. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:在所述阳极可控腔室 内设有弹簧，用于将多片复合阳极推靠在推拉板上。4. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述复合阳极由竖置 的正方形泡沫镍片、右侧竖置的正方形锂铝合金片、水平嵌入锂铝合金和泡沫镍中心位置 的圆形金属锂片组成，其中，锂铝合金片、泡沫镍片和金属锂片的厚度比为1:1:2。5. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述阳极可控腔室内 装有5片~10片复合阳极。6. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述泡沫镍和锂铝合 金的大小相同，所述金属锂的直径与泡沫镍的边长比例为1:2~1: 3。7. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述可视化壳体的材 质为有机玻璃。8. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述可视化壳体的边 长为20mm~30mm。9. 根据权利要求1所述的可控复合阳极结构锂氧电池，其特征是:所述阴极扩散电极分 为扩散层与催化层两部分，其中催化层中催化剂是由质量比为4:2:4的二氧化锰、氧化镧与 碳载铂组成的。
【文档编号】H01M12/08GK105845847SQ201610180048
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】蔡克迪, 张钰颖, 郎笑石, 王振波, 王家钧, 肖尧, 杨蕊
【申请人】渤海大学