锂空气电池的制作方法-k8凯发

本公开总体上涉及锂空气电池，并且更具体地涉及具有带有多孔通路的阴极的锂空气电池。

背景技术：

1、锂空气电池可用于给范围为便携式通信装置到电动车辆的广泛多种负载供电。例如，锂空气电池使用氧气作为阴极活性材料，以在电池放电循环期间在阳极处将锂氧化并且在电池放电循环期间在阴极处将氧气还原为氧化锂，并且在电池充电循环期间反之。通过使用由周围空气供应的氧气作为阴极活性材料，锂空气电池不需要储存任何阴极活性材料。尽管锂空气电池具有极高的理论比能量(例如，超过11,000wh/kg)，但实际比能量可能更低，这是由于电子转移动力学缓慢和/或不完全利用阴极多孔几何结构进行氧化还原反应并且在锂空气电池操作循环期间氧化锂和其他副产物在阴极中积聚可能限制氧气向阴极中和在整个阴极中的流动，这可能降低锂空气电池的性能。因此，期望锂空气电池的进一步改进。

技术实现思路

1、提供此
技术实现要素：
从而以简化形式引入在下文的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。此发明内容并不意欲识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意欲限制所要求保护的主题的范畴。

2、本公开所描述的主题的一个创新方面可在锂空气电池中实现。锂空气电池可包括：阳极；阴极，所述阴极定位成与所述阳极相对；电解质，所述电解质分散在整个阴极中；以及一个或多个开口，所述一个或多个开口被配置来选择性地将阴极暴露于周围空气。在一些实现方式中，阴极可由碳质结构的布置形成并且可包括：多个孔隙，所述多个孔隙由第一组碳质结构限定；多个互连通路，所述多个互连通路由第二组碳质结构限定；以及一个或多个腔体，所述一个或多个腔体形成在通路中的每一个内或与通路中的每一个相关联。在一些情况下，孔隙可被配置来允许由周围空气供应的氧气进入阴极，互连通路可被配置来将氧气扩散在整个阴极中，并且腔体中的每一个可被配置来储存锂金属。在一些方面，阳极由锂金属组成。

3、在各种实现方式中，碳质结构中的每一个可基于对应的一组碳纳米洋葱(cno)粒子的聚结。在一些情况下，碳质结构中的每一个也可包括多个互连石墨烯片。在其他情况下，碳质结构中的每一个也可包括扁平石墨烯、皱折石墨烯、弯曲石墨烯或多孔非中空球形粒子中的一者或多者。在一些方面，cno粒子具有介于大约5纳米与500纳米之间的半径。在其他方面，第一组碳质结构的cno粒子中的至少一些具有大于100纳米的半径并且包括多个腔体。在一些其他情况下，碳质结构中的每一个包括石墨烯纳米薄片的三维(3d)堆叠。

4、在一些实现方式中，第一组碳质结构的cno粒子中的至少一些可被配置为疏水的。在一些情况下，第一组碳质结构的疏水cno粒子抑制水滴沿表面朝向多个孔隙中的一个或多个的移动。在其他实现方式中，第二组碳质结构的cno粒子中的至少一些可被配置为亲水的。在一些情况下，第二组碳质结构的亲水cno粒子允许水滴沿亲水cno粒子的相应表面形成连续水膜。在一些方面，连续水膜可处于由于连续水膜内的内聚力和连续水膜与亲水cno粒子的相应表面之间的附着力导致的平衡状态。与连续水膜相关联的表面张力防止连续水膜的水滴积聚在阴极中。

5、在一些情况下，锂空气电池也可包括由第三组碳质结构限定的多个其他互连通路。在一些情况下，多个其他互连通路可被配置来从由第二组碳质结构限定的互连通路的至少一些部分移除不想要的副产物。在其他情况下，锂空气电池也可包括：隔板，所述隔板定位在阳极与阴极之间。

6、在一些其他实现方式中，锂空气电池也可包括：保护层，所述保护层设置在阳极上。在一些情况下，保护层可包括：聚合物网络，所述聚合物网络沉积在阳极的一个或多个暴露表面之上，所述聚合物网络包括接枝有多个彼此交联的氟化聚合物链的碳质结构；以及氟化锂(lif)膜，所述lif膜由聚合物网络和由阳极提供的锂形成。在一些方面，锂空气电池也可包括：外层，所述外层沉积在氟化锂膜上。外层可包括聚合物或环氧树脂囊封的离子导体中的一者或多者。

7、本公开所描述的主题的一个或多个实现方式的细节在附图和以下描述中加以阐述。其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显而易见。需注意，以下各图的相对尺寸可未按比例绘制。

技术特征：

1.一种锂空气电池，其包括：

2.如权利要求1所述的锂空气电池，其中所述阳极由锂金属组成。

3.如权利要求1所述的锂空气电池，其中每个碳质结构基于对应的一组碳纳米洋葱(cno)粒子的聚结。

4.如权利要求3所述的锂空气电池，其中每个碳质结构还包括多个互连石墨烯片。

5.如权利要求3所述的锂空气电池，其中每个碳质结构还包括扁平石墨烯、皱折石墨烯、弯曲石墨烯或多孔非中空球形粒子中的一者或多者。

6.如权利要求3所述的锂空气电池，其中所述cno粒子具有介于大约5纳米与500纳米之间的半径。

7.如权利要求3所述的锂空气电池，其中所述第一组碳质结构的所述cno粒子中的至少一些具有大于100纳米的半径。

8.如权利要求7所述的锂空气电池，其中所述至少一些cno粒子中的每一个包括多个所述腔体。

9.如权利要求3所述的锂空气电池，其中所述第一组碳质结构的所述cno粒子中的至少一些被配置为疏水的。

10.如权利要求9所述的锂空气电池，其中所述第一组碳质结构的所述疏水cno粒子抑制水滴沿表面朝向所述多个孔隙中的一个或多个的移动。

11.如权利要求3所述的锂空气电池，其中所述第二组碳质结构的所述cno粒子中的至少一些被配置为亲水的。

12.如权利要求11所述的锂空气电池，其中所述第二组碳质结构的所述亲水cno粒子允许水滴沿所述亲水cno粒子的相应表面形成连续水膜。

13.如权利要求12所述的锂空气电池，其中所述连续水膜处于由于所述连续水膜内的内聚力和所述连续水膜与所述亲水cno粒子的相应表面之间的附着力导致的平衡状态。

14.如权利要求12所述的锂空气电池，其中与所述连续水膜相关联的表面张力防止所述连续水膜的所述水滴积聚在所述阴极中。

15.如权利要求1所述的锂空气电池，其中所述腔体中的至少一些具有介于大约0.6纳米与6.6纳米之间的直径。

16.如权利要求1所述的锂空气电池，其还包括：

17.如权利要求1所述的锂空气电池，其还包括：隔板，所述隔板定位在所述阳极与所述阴极之间。

18.如权利要求1所述的锂空气电池，其还包括：保护层，所述保护层设置在所述阳极上，所述保护层包括：

19.如权利要求18所述的锂空气电池，其还包括：外层，所述外层沉积在所述氟化锂膜上，所述外层包括聚合物或环氧树脂囊封的离子导体中的一者或多者。

20.如权利要求1所述的锂空气电池，其中所述碳质结构中的每一者包括石墨烯纳米薄片的三维(3d)堆叠。

技术总结
一种电池可包括：阳极；阴极，所述阴极定位成与所述阳极相对；隔板，所述隔板定位在所述阳极与所述阴极之间；电解质，所述电解质分散在整个所述阴极中并且与所述阳极接触；以及双孔隙系统。所述阳极可被配置来释放多个锂离子。所述阴极可包括由多个多孔非中空碳质球形粒子限定的多个通路，并且可包括多个碳质结构，每个碳质结构基于一组所述多孔非中空碳质球形粒子的聚结。所述双孔隙系统可设置在所述阴极中并且形状和定向由所述多个碳质结构限定。在一些方面，所述双孔隙系统可被配置来接收来自周围大气的气态氧。

技术研发人员：杰西·加斯达,卡雷尔·范霍伊登,拉特纳库马尔·布加,丹尼尔·库克
受保护的技术使用者：利腾股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8