石墨烯基锂空气电池的制作方法

本实用新型涉及一种石墨烯基锂空气电池。

背景技术：
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从锂电诞生到应用才短短的几十年，然而电池产业已经逐渐替代化石能源。尤其是动力电源与3C设备对锂离子电池有着源源不断的需求。而目前的LiCoO2材料（理论比容量275mAh/g）始终制约着锂离子电池的发展和应用。目前商业发展中，Tesla和比亚迪作为电动汽车的领头行业，分别选择三元正极材料和LiFePO4为锂离子电池正极材料。但Tesla依旧使用松下制作提供的18650到21700电芯，以上千个电芯组装电池包，为汽车提供动力。同样，LiFePO4由于理论容量只有170mAh/g，且振实密度低，比亚迪所推出的汽车多数还是油电混合的过渡状态。虽然目前在对锂离子蓄电池进行改进提高，采用掺杂、改性、纳米化等措施及采用新型正极材料和负极材料来提高其性能，但要达到500-700Wh/kg几乎是不可能的。

但目前最高锂离子电池包250 Wh/kg的能量密度与汽油3250~4333 Wh/kg的指标相差太大，不能满足日常需求。

因此，必须采用新一代蓄电池。而金属空气电池被提到日程上来，金属空气电池是未来取代锂离子蓄电池理想的蓄电池，而锂空气正是金属空气电池的佼佼者。

一般锂空气电池正负极一般情况下采用不同的集流体，常见为铜箔和铝箔，这是由于正负极充放电中不同的电位决定的。

铝一般情况下不能作为负极集流体，原因为：铝在低点电位下会和LI发生反应生成LIAL合金，铝箔一般作为空气多孔碳正极集流体。

技术实现要素：
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本实用新型的目的是提供一种提高整体电极的性能，组装方便、连接牢固的石墨烯基锂空气电池。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种石墨烯基锂空气电池，其组成包括:底板，所述的底板连接外壳体，所述的外壳体内设置有集流体、扩散层和催化层，所述的扩散层为氧气进入所述的催化层提供通道,所述的催化层为多孔石墨烯碳材料组成，所述的集流体、所述的扩散层、所述的催化层集为一体组成正极。

所述的石墨烯基锂空气电池，所述的底板连接负极极耳和正极极耳，所述的负极极耳连接负极，所述的正极极耳连接正极，所述的正极顺次连接正极膜、隔离膜、负极膜，所述的正极膜、所述的隔离膜、所述的负极膜之间叠加排列。

所述的石墨烯基锂空气电池，所述的底板开有长方形环槽，所述的长方形环槽的内侧插入所述的外壳体，所述的外壳体的底部连接固定环槽板，所述的固定环槽板插入所述的长方形环槽的外侧，所述的固定环槽板开有一组固定孔，所述的固定孔连接扩孔，所述的固定孔连接螺钉，所述的螺钉的帽卧入与所述的扩孔内，所述的固定环槽板与所述的底板之间通过所述的螺钉固定。

所述的石墨烯基锂空气电池，所述的外壳体的前面和后面均连接竖加强筋，所述的外壳体的左侧和右侧均连接横加强筋，所述的竖加强筋与所述的外壳体之间形成插口，所述的外壳体的上面盖有上盖，所述的上盖的前面和后面均连接插板，所述的插板紧配合插入所述的插口进行固定，所述的上盖具有正极连接孔、负极连接孔、透空气孔，所述的正极连接孔连接所述的正极，所述的正极连接孔与所述的正极之间装有红色密封圈，所述的负极连接孔连接所述的负极，所述的负极连接孔与所述的负极之间装有黑色密封圈，所述的上盖的左侧连接左扣板，所述的上盖的右侧连接右扣板，所述的左扣板、所述的右扣板与所述的外壳体之间通过横螺钉固定。

有益效果：

1.本实用新型采用石墨烯碳材料具有优异的电导率、较强氧吸附性能以及氧还原活性，催化层主要由多孔石墨烯碳材料或其负载催化剂组成，它不仅是氧气活化后跟锂离子发生反应的场所，还负责提供反应产物过氧化锂生长和沉积界面。

2.本实用新型的竖加强筋既能够加固外壳体的牢固程度，还能够节省材料，降低成本，并且能够作为插槽起到固定上盖的作用，使用既方便又灵活，效果还好，上盖与外壳体之间连接的既方便又牢固。

3.本实用新型的固定环槽板能够卧入长方形环槽内固定外壳体与底板，固定环槽板不凸出长方形环槽，固定的即牢固，使用又安全。

附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

附图2是附图1的俯视图。

附图3是本产品的充放电示意图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

一种石墨烯基锂空气电池，其组成包括:底板1，所述的底板连接外壳体2，所述的外壳体内设置有集流体3、扩散层4和催化层5，所述的扩散层为氧气进入所述的催化层提供通道,所述的催化层为多孔石墨烯碳材料组成，所述的集流体、所述的扩散层、所述的催化层集为一体组成正极。

所述的底板连接负极极耳6和正极极耳7，所述的负极极耳连接负极8，所述的正极极耳连接正极9，所述的正极顺次连接正极膜10、隔离膜11、负极膜12，所述的正极膜、所述的隔离膜、所述的负极膜之间叠加排列。

实施例2：

实施例1所述的石墨烯基锂空气电池，所述的底板开有长方形环槽13，所述的长方形环槽的内侧插入所述的外壳体，所述的外壳体的底部连接固定环槽板14，所述的固定环槽板插入所述的长方形环槽的外侧，所述的固定环槽板开有一组固定孔15，所述的固定孔连接扩孔16，所述的固定孔连接螺钉17，所述的螺钉的帽卧入与所述的扩孔内，所述的固定环槽板与所述的底板之间通过所述的螺钉固定。

实施例3：

实施例1所述的石墨烯基锂空气电池，所述的外壳体的前面和后面均连接竖加强筋18，所述的外壳体的左侧和右侧均连接横加强筋19，所述的竖加强筋与所述的外壳体之间形成插口20，所述的外壳体的上面盖有上盖21，所述的上盖的前面和后面均连接插板22，所述的插板紧配合插入所述的插口进行固定，所述的上盖具有正极连接孔23、负极连接孔24、透空气孔25，所述的正极连接孔连接所述的正极，所述的正极连接孔与所述的正极之间装有红色密封圈26，所述的负极连接孔连接所述的负极，所述的负极连接孔与所述的负极之间装有黑色密封圈27，所述的上盖的左侧连接左扣板28，所述的上盖的右侧连接右扣板29，所述的左扣板、所述的右扣板与所述的外壳体之间通过横螺钉30固定。

实施例4：

上述实施例所述的石墨烯基锂空气电池，锂空气电池中所用空气电极与其它金属空气电池中的空气电极结构类似，主要组成为集流体、扩散层和催化层。扩散层为氧气进入催化层提供通道，主要由疏水性材料组成，其多孔、且电解液不能浸润，能有效防止电解液堵塞空气电极气体扩散通道。由于石墨烯碳材料具有优异的电导率、较强氧吸附性能以及氧还原活性，所以催化层主要由多孔石墨烯碳材料或其负载催化剂组成，它不仅是氧气活化后跟锂离子发生反应的场所，还负责提供反应产物过氧化锂生长和沉积界面。

集流体、扩散层和催化层合三为一是本申请独有的锂空气电池正极先进结构；多层石墨烯可以不需要导电剂与黏结剂等直接构建无支撑气体扩散整体电极,这种优化的电极结构有利于电子和物质的传递过程,能够提高整体电极的性能。

采用蚀刻的方法，通过控制小面积石墨烯体对大面积石墨烯膜集流体衬底沉积，在大面积石墨烯膜集流体衬底的表面上获得具有一定直径和数密度的纳米粒子阵列，作为锂空气电池的催化层；将一定比例的聚四氟乙烯乳液与粉体氧化石墨烯混合均匀擀膜制备防水透气膜；最后将沉积有纳米粒子的石墨烯膜集流体和防水透气膜压片粘合后作为空气电极。

锂空气电池原理：

锂空气电池（Li-Air battery）正极为空气，负极为金属锂。传统商业化以LiCoO2为正极的锂离子电池的理论比容量为273.8mAh/g，能量密度为360 Wh/kg。而锂空气电池由于是一个开放体系，空气电极没有极限，因而理论容量大于其它封闭式电池。（以反应产物Li2O计算非水系能量密度为3505Wh/kg，水系以LiOH计算为3582Wh/kg，能量密度为LiCoO2电池的十倍左右）。