一种组合电解质锂空气电池模具及其制备方法与流程

1.本发明属于化学电源领域，具体涉及一种组合电解质锂空气电池模具及其制备方法。


背景技术：

2.由于化石燃料驱动的汽车和发电，温室气体排放不断增加，空气质量不断下降，导致人们对可再生能源和存储技术的兴趣发生了转变。尽管电池已经使用了一个多世纪，但随着太阳能和风能技术的发展，便携式技术的快速发展以及对电动汽车的兴趣不断增长，将导致对电化学电池的需求不断增加，满足电力和能源需求，环境可持续。锂离子电池(lib)由于其显著的能量密度，在许多应用中得到了广泛的应用，尤其是在便携式电子产品和电动汽车中，但lib的高成本和热问题使得为大规模电网开发新的储能系统成为当务之急。尤其是锂空气电池的理论能量密度为11200wh/kg，约为锂离子电池的5-10倍，与汽油相当。其中一种反应物不储存在电池中，这一事实使锂空气电池更轻、紧凑、节能。在电动汽车上使用锂空气电池有望减少温室气体排放，并改善现有电动汽车(ev)的使用范围。
3.目前组合电解质锂空气电池的研究还处于起步阶段，对于研究中所使用的模具各不相同。现在大部分用的实验模具分为两种，一种是从锂离子电池的swagelock型模具改进而来，另一种为压力表头式模具。这两种模具虽然能够满足日常的实验需求，但是都存在着一些问题。改进的swagelock型模具无法真正的将有机电解液和水系电解液分隔开，并且也无法真正的密封。而压力表头式模具形状不规则，体积大且沉重，在实验过程中不方便操作。模具的许多地方没有合理利用，其结构复杂，许多地方均使用不锈钢来导电，致使模具的接触阻抗非常大，最终导致电池测试的效果不理想。综上所诉，本领域目前缺乏一种可以同时解决电池模具测试电阻大，密封效果好，空间合理利用问题以及小巧轻便可以在多种条件下灵活使用的多用途组合电解质锂空气电池模具。


技术实现要素：

4.本发明提供一种组合电解质锂空气电池模具及其制备方法，能够解决组合电解质锂空气电池模具阻抗大、安装繁琐、体积庞大等问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种组合电解质锂空气电池模具，包括正极集流体、正极模块、石英玻璃管a、固体电解质膜、石英玻璃管b、负极集流体和负极模块，所述正极集流体中心处设有规则排列的通气孔，所述正极模块设置在所述正极集流体底部，所述正极集流体底部与石英玻璃管a上端固定连接，所述固体电解质膜设置在石英玻璃管a下端，所述固体电解质膜与所述正极集流体之间形成正极腔，所述正极模块位于所述正极腔内，所述正极腔内加入适量正极电解液；石英玻璃管b固定安装在所述负极集流体上，石英玻璃管a下端插入石英玻璃管b中且两者密封连接在一起；所述固体电解质膜与所述负极集流体之间形成负极腔，所述负极模块放置在所述负极腔内。
7.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述石英玻璃管a和石英玻璃管b为环形圆柱体。
8.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述正极集流体和负极集流体为长方体薄片，其材料为铜箔、钛箔、不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金、钛合金或聚乙烯。
9.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述正极模块的基片为碳纸、泡沫镍、铜网或不锈钢网。
10.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述负极模块包括锂片、玻璃纤维膜和负极电解液，所述锂片上放置所述玻璃纤维膜，所述玻璃纤维膜上滴加适量负极电解液；所述负极电解液为双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于乙二醇二甲醚溶剂配制而成。
11.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述固体电解质膜的材料为lagp、latp或llzo。
12.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述通气孔、正极腔、石英玻璃管a、石英玻璃管b及所述负极腔均居中设置。
13.进一步地，所述的组合电解质锂空气电池模具，所述正极集流体与石英玻璃管a之间及石英玻璃管b与所述负极集流体之间完全密封。
14.上述的组合电解质锂空气电池模具的制备方法，包括如下步骤：
15.1)在手套箱内进行组装；
16.2)制备负极模块；将所述锂片置于所述负极集流体上，所述锂片上放置所述玻璃纤维膜，所述玻璃纤维膜上滴加适量所述负极电解液；所述负极电解液为双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于乙二醇二甲醚溶剂配制而成；
17.3)将固体电解质膜安装在石英玻璃管a底部；将石英玻璃管a底部放置在石英玻璃管b中，使用环氧树脂将接口处密封；
18.4)向石英玻璃管a内滴加适量正极电解液，将所述正极模块安装在所述正极集流体下端面，将所述正极集流体压紧安装在石英玻璃管a上端。
19.本发明的有益效果为：本发明的组合电解质锂空气电池模具将空气通气孔与正极集流体相结合，不仅有利于氧气的传输，而且结构紧凑。同时，两个石英玻璃管均根据其结构做到了最小尺寸，使模具的阻抗更小的同时也使密封性更好，能够空间合理利用以及小巧轻便。本发明的组合电解质锂空气电池模具具有组装方便、调整灵活、实用性广等特性。
附图说明
20.图1为组合电解质锂空气电池模具结构图；
21.图2为组合电解质锂空气电池模具俯视图；
22.图3为组合电解质锂空气电池模具组装的组合电解质锂空气电池的循环性能图；
23.图4为组合电解质锂空气电池模具组装的组合电解质锂空气电池的电化学阻抗谱。
具体实施方式
24.如图1、2所示，一种组合电解质锂空气电池模具，包括正极集流体1、正极模块9、石英玻璃管a2、固体电解质膜3、石英玻璃管b4、负极集流体5和负极模块6，所述正极集流体1
和负极集流体5为长方体薄片，所述正极集流体1材料为钛箔，所述负极集流体5材料为铜箔；石英玻璃管a2和石英玻璃管b4为环形圆柱体；所述正极集流体1中心处设有规则排列的通气孔10，所述正极模块9设置在所述正极集流体1底部，所述正极集流体1底部与石英玻璃管a2上端固定连接，所述固体电解质膜3设置在石英玻璃管a2下端，所述固体电解质膜3与所述正极集流体1之间形成正极腔8，所述正极模块9位于所述正极腔8内，所述正极腔8内加入适量正极电解液；石英玻璃管b4固定安装在所述负极集流体5上，石英玻璃管a2下端插入石英玻璃管b4中且两者密封连接在一起；所述固体电解质膜3与所述负极集流体5之间形成负极腔7，所述负极模块6放置在所述负极腔7内。
25.所述正极模块9的基片为碳纸。所述负极模块6包括锂片、玻璃纤维膜和负极电解液，所述锂片上放置所述玻璃纤维膜，所述玻璃纤维膜上滴加适量负极电解液；所述负极电解液为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)溶于乙二醇二甲醚(tegdme)溶剂配制而成。所述固体电解质膜3的材料为lagp。
26.所述通气孔10、正极腔8、石英玻璃管a2、石英玻璃管b4及所述负极腔7均居中设置。所述正极集流体1与石英玻璃管a2之间及石英玻璃管b4与所述负极集流体5之间完全密封。
27.上述的组合电解质锂空气电池模具的制备方法，包括如下步骤：
28.1)在手套箱内进行组装；
29.2)制备负极模块6；将所述锂片置于所述负极集流体上，所述锂片上放置所述玻璃纤维膜，所述玻璃纤维膜上滴加适量所述负极电解液；所述负极电解液为双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶于乙二醇二甲醚溶剂配制而成；
30.3)将固体电解质膜3安装在石英玻璃管a2底部；将石英玻璃管a2底部放置在石英玻璃管b4中，使用环氧树脂将接口处密封；
31.4)向石英玻璃管a2内滴加适量正极电解液，将所述正极模块9安装在所述正极集流体1下端面，将所述正极集流体1压紧安装在石英玻璃管a2上端。
32.将组装好的双电解液锂空气电池进行恒流定容充放电测试，保护电压为2～5v，电池充放电测试的电流密度均为0.1ma/cm2。图3为双电解液锂空气电池模具组装的双电解液锂空气电池的循环性能图，该图说明：包含上诉新型组合电解质锂空气电池模具组装的双电解液锂空气电池具有较大的能量密度和较低的过电势。将组装好的双电解液锂空气电池进行eis测试，扫描范围100000-0.01，扫描速率为0.01v/s。图4为双电解液锂空气电池模具组装的双电解液锂空气电池的交流阻抗图，该图说明：包含上诉新型组合电解质锂空气电池模具组装的组合电解质锂空气电池结构紧凑，具有较小的电阻。