一种全固态锂-空气电池及其制备方法与应用与流程

文档序号:13708045阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种全固态锂-空气电池,其特征在于:所述全固态锂-空气电池包括锂金属阳极、多孔陶瓷支撑体、致密电解质薄膜、多孔阴极薄膜、密封材料、电流收集器、电池阳极引线以及电池阴极引线;所述多孔阴极薄膜包括多孔骨架以及负载于多孔骨架上的阴极催化剂;所述多孔陶瓷支撑体为一端封闭的管式结构;所述锂金属阳极位于多孔陶瓷支撑体的内腔以及孔中;所述致密电解质薄膜位于多孔陶瓷支撑体外侧壁;所述多孔阴极薄膜位于致密电解质薄膜外侧壁;所述密封材料位于多孔陶瓷支撑体开口的一端;所述多孔陶瓷支撑体的材质为石榴石型锂离子固态电解质材料;所述致密电解质薄膜的材质为石榴石型锂离子固态电解质材料。2.根据权利要求1所述全固态锂-空气电池,其特征在于:所述多孔陶瓷支撑体中,沿径向方向,由内向外,孔径逐渐变小;所述多孔阴极薄膜与多孔陶瓷支撑体开口边缘之间的距离为3~10mm。3.根据权利要求1所述全固态锂-空气电池,其特征在于:所述多孔陶瓷支撑体的壁厚为1~3mm,长径比为(0.06~0.5)∶1;所述致密电解质薄膜的厚度为2~30μm;所述多孔骨架的孔隙率为50~80%;所述多孔阴极薄膜的厚度为30~150μm。4.权利要求1所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)在相转移剂存在下,以石榴石型锂离子固态电解质材料为原料,制备多孔陶瓷支撑体生坯;然后将生坯于1000~1100℃烧结12~24小时,得到多孔陶瓷支撑体;(2)在有机添加剂存在下,将石榴石型锂离子固态电解质材料分散于有机溶剂中,得到浸渍浆料;然后将步骤(1)的多孔陶瓷支撑体浸渍于所述浸渍浆料中;浸渍完成后,于1000~1250℃烧结8~12小时,即在多孔陶瓷支撑体外侧壁形成致密电解质薄膜;(3)将制备阴极催化剂的原料加入水中,配置成阴极催化剂前驱体溶液;将石榴石型锂离子固态电解质材料、粘接剂以及造孔剂混合,配制涂刷浆料;然后将涂刷浆料涂刷于步骤(2)得到的致密电解质薄膜表面;涂刷完成后,于1000~1100℃烧结4~8小时,即在致密电解质薄膜表面形成多孔骨架;将多孔骨架与阴极催化剂前驱体溶液复合后,经过煅烧,使得阴极催化剂负载于多孔骨架上;(4)将金属锂熔液注入步骤(3)的多孔陶瓷支撑体内腔中,然后将电池阳极引线插入金属锂熔液中;金属锂凝固后,在多孔陶瓷支撑体开口一端设置密封材料;然后利用银浆将电池阴极引线与多孔骨架粘接;即得到全固态锂-空气电池。5.根据权利要求4所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于:步骤(1)中,将相转移剂与石榴石型锂离子固态电解质材料混合后研磨均匀,然后制备多孔陶瓷支撑体生坯;所述相转移剂为聚醚砜粉末;相转移剂与石榴石型锂离子固态电解质材料的质量比为0.8~1.2∶1。6.根据权利要求4所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于:步骤(2)中,在有机添加剂存在下,将石榴石型锂离子固态电解质材料分散于有机溶剂中,球磨3~5小时,得到浸渍浆料;多孔陶瓷支撑体浸渍于所述浸渍浆料中的次数为2~6次,每次浸渍后烘干再进行下一次浸渍;所述有机添加剂为三乙醇胺、邻苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种;所述有机溶剂为醇溶剂;所述有机添加剂的用量为石榴石型锂离子固态电解质材料质量的14%~15%。7.根据权利要求4所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于:步骤(3)中,所述造孔剂为活性炭或者淀粉;所述造孔剂的用量为石榴石型锂离子固态电解质材料质量的40~100%;多孔骨架与阴极催化剂前驱体溶液复合的方式为将多孔骨架浸渍阴极催化剂前驱体溶液中或者将阴极催化剂前驱体溶液滴于多孔骨架上;煅烧温度为380~650℃,时间为2~8小时。8.根据权利要求4所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于:步骤(4)中,在充有氩气、氧气和水蒸气含量低于1ppm的手套箱中,将金属锂熔液注入步骤(3)的多孔陶瓷支撑体内腔中,然后将电池阳极引线插入金属锂中;于185℃保温20~40分钟;停止保温,金属锂凝固后,在多孔陶瓷支撑体开口一端设置密封材料。9.根据权利要求4所述全固态锂-空气电池的制备方法,其特征在于:所述石榴石型锂离子固态电解质材料为Li7La3Zr2O12或者Li7La3Zr2-xMxO12,其中M为Ta、Nb、Sb、Bi、Ti、Y或者Al;所述电池阳极引线为银线;所述电池阴极引线为银线;所述阴极催化剂为尖晶石氧化物或者钙钛矿氧化物;所述密封材料为石蜡或者双组份环氧树脂胶黏剂。10.权利要求1所述全固态锂-空气电池作为电池的应用,其特征在于:所述应用环境为空气,应用温度范围为-20~120℃。
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