本发明涉及一种锂空气电池用电解液及其包含该电解液构成的锂空气电池。该电解液由锂盐与高沸点、低挥发性的有机溶剂组成；锂空电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成。其中在扣式电池的正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气；防护性空气电极由空气电极和防护膜组成，该防护膜能够抑制空气中水分的侵入，同时能够阻止电池内部电解液的挥发；电池的密封性由密封圈来实现。由此制作的扣式锂空气电池环境适应性强，适合小电流、长时间工作的应用场合。
1.一种锂空气电池用的电解液，其特征在于所述的电解液由锂盐和高沸点、低挥发性的有机溶剂组成，所述的锂盐为六氟砷酸锂LiAsF6、六氟磷酸锂LiPF6、高氯酸锂LiClO4和二(三氟甲基磺酸)亚胺锂LiTFSI中的一种或几种混合；所述的有机溶剂为碳酸丙稀酯PC、碳酸乙烯酯EC、碳酸丁烯酯BC、γ-丁内酯GBL、二甲亚砜DMSO、N,N-二甲基甲酰胺DMF、环丁砜SL和二甲基砜MSM中的一种或几种的混合；组成的电解液中锂盐浓度为0.1~3.0M。
2.按权利要求1所述的电解液，其特征在于所述的锂盐为LiAsF6、LiPF6、LiClO4和LiTFSI中的一种或几种混合。
3.按权利要求1所述的电解液，其特征在于所组成的电解液锂盐浓度为0.7-1.5M。
4.由权利要求1-3中任一项所述的电解液所组成的锂空气电池，其特征在于所述的锂空气电池包括由扣式电池壳、锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极和密封圈组成；
其中，①在扣式电池壳的正极壳上开一个或一个以上多个通气孔，提供电化学反应所需的氧气；
③锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳封口后得到空气中工作的扣式锂空气电池。
5.按权利要求4所述的锂空气电池，其特征在于所述的扣式电池的正极，壳体上的通孔直径依放电电流密度大小，通孔的直径为0.5-15mm。
6.按权利要求4或5所述的锂空气电池，其特征在于所述的通孔直径为1-3mm。
(a)扣式电池壳选用型号为CR1130、CR1220、CR1616、CR1620、CR2016、CR2025、CR2032、CR2330、CR2430、CR2450和CR2477中的任一种；
(b)锂阳极提供电化学反应所需要的锂为金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂铝合金中的一种或几种构成；
(c)隔膜为PP、PE或PP/PE/PP膜锂离子电池用隔膜；
(d)防护性空气电极由空气电极和防水透气膜组成，空气电极由碳材料、粘结剂和催化剂按比例制成浆料后，将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极；碳材料为乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、BP2000和KB等中的一种或几种；粘结剂为聚四氟乙烯PTFE或聚偏氟乙烯PVDF；催化剂为Pt、Pt-Au、Pd、PdCo、MnO2、Co3O4、Fe3O4、MnOOH、Mn3O4和Fe2O3中的一种或几种；透气膜由聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚二甲基硅氧烷PDMS和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或几种组成。
8.按权利要求4或7所述的锂空气电池，其特征在于所述透气膜为PDMS一层或PDMS和PE组成的双层。
一种锂空气电池用电解液及其构成的锂空气电池
技术领域
[0001] 本发明涉及一种金属锂空气电池，特别是公开一种锂空气电池用电解液及其包含该电解液构成的锂空气电池，属于化学电源及相关领域。
背景技术
[0002] 锂空气电池是一种新型的化学储能电池，它结合了锂离子电池和燃料电池的各自的优点：采用电化学当量最高的金属锂和不储存在电池体系内的空气为活性材料，其理论比能量超过1万Wh/kg（实际只达600-800Wh/g），远高出镍氢电池和锂离子电池，有望突破目前化学电池能量密度无法进一步大幅提高的技术瓶颈，应用前景十分广阔。
[0003] 由于锂空气电池是在敞开环境下工作的，通常的有机电解液具有易挥发性，会加速电池的放电终止，同时锂盐也容易吸湿分解，从而影响了电池的放电容量、使用寿命及安全性。为此，本申请的发明人试图提供一种电解液和由该电解液组成的扣式锂空气电池，以克服存在的缺陷。
发明内容
[0004] 本发明目的是克服现有技术难题，提供一种锂空气电池用电解液及其包含该电解液构成的锂空气电池。该电解液由锂盐与高沸点、低挥发性的有机溶剂组成。该电池是由扣式电池壳，锂阳极、隔膜、电解液、防护性空气电极、密封圈组成。其中在扣式电池的正极壳上开一个或一个以上多个通气孔，依放电电流密度大小，提供电化学反应所需要的氧气；通孔直径为0.5-15mm，一般为1-3mm为宜，太大或太小均难以满足要求。防护性空气电极由空气电极和氧选择性防护膜组成，抑制空气中水分的侵入和电池内部电解液的挥发；电池的密封性由密封圈来实现。由此制作的扣式锂空气电池环境适应性强，适合小电流、长时间工作的应用场合。
[0005] 本发明的技术方案是：本发明提供的电解液包括锂盐和有机溶剂，其中锂盐为六氟砷酸锂（LiAsF6）、六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂（LiClO4）、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂（LiTFSI）等中的一种或几种混合，浓度为0.1~3.0M，优选为不与水反应的LiAsF6、LiClO4和LiTFSI中的一种或几种组合，浓度优选为0.7~1.5M；有机溶剂为碳酸丙稀酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丁烯酯（BC）、γ-丁内酯（GBL）、二甲亚砜（DMSO）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、环丁砜（SL）、二甲基砜（MSM）等中的一种或几种的混合。扣式电池壳可选用现有型号如CR1130、CR1220、CR1616、CR1620、CR2016、CR2025、CR2032、CR2330、CR2430、CR2450、CR2477等中的一种，根据放电电流密度的大小，在正极壳上开一个或多个通气孔，以提供电化学反应所需要的氧气。锂阳极提供电化学反应所需要的锂，由金属锂、锂硅合金、锂硼合金、锂铝合金等中的一种或几种构成。隔膜为现有锂离子电池用隔膜，如PP、PE、PP/PE/PP膜。防护性空气电极由空气电极和防水透气膜组成，空气电极由碳材料、粘结剂和催化剂按一定比例制成浆料后，将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极；碳材料为乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、BP2000和KB等中的一种或几种；粘结剂为聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等中的一种；催化剂可为Pt、Pt-Au、Pd、PdCo、MnO2、Co3O4、Fe3O4、MnOOH、Mn3O4和Fe2O3中的一种或几种；透气膜由聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等中的一种或几种组成。将锂阳极、隔膜、防护性空气电极、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳，封口后即制得本发明所述的可在空气中工作的扣式锂空电池。
[0006] 本发明提供的扣式锂空电池，由于采用了低挥发性的电解液和防护性的空气电极，即可抑制空气中水分的进入，又可抑制电池内部电解液的挥发，环境适应性好，适宜小电流、长时间工作的应用场合。
附图说明
[0007] 图1锂空气电池在25℃相对湿度为30%的恒温恒湿箱中的放电曲线
具体实施方式
[0008] 本发明的具体实施例如下，但本发明并不局限于以下实施例。
[0009] 对比例1
[0010] 空气电极的制作：将碳材料（科琴黑ECP600JD）与适量超纯水混合，搅拌30min后，加入PTFE乳浊液，继续搅拌1h，碳材料与PTFE的质量比为85:15，然后将其均匀涂覆在泡沫镍上，经辊压制成空气电极。
[0011] 扣 式 电 池 的 制 作：在 手 套 箱 中，将 空 气 电 极 浸 泡 在1M LiPF6 EC:DEC:EMC(1:1:1,vol%)中，待空气电极全部润湿后，取出，用纸巾将表面电解液擦净；将金属锂、PP/PE/PP隔膜、空气电极、PDMS、PE、密封圈依次叠放在负极电池壳内，再盖上正极电池壳（通气孔直径为2mm），封口后取出，得到锂空电池。
[0012] 对比例2
[0013] 采用对比例1制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与对比例1相同，不同的是电解液为1M LiClO4 EC:PC:DEC(4:4:2,vol%)，得到锂空电池。
[0014] 实施例1
[0015] 采用对比例1制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与对比例1相同，不同的是电解液为1M LiPF6 EC:PC(1:1,vol%)，得到锂空电池。
[0016] 实施例2
[0017] 采用对比例1制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与对比例1相同，不同的是电解液为1M LiClO4 EC:PC(1:1,vol%)，得到锂空电池。
[0018] 实施例3
[0019] 采用对比例1制作的空气电极制作扣式锂空电池。扣式电池的制作方法与对比例1相同，不同的是电解液为1M LiAsF6 EC:PC(1:1,vol%)，得到锂空电池。
[0020] 将对比例1、对比例2、实施例1、实施例2和实施例3制得的锂空电池，放在25℃、2
相对湿度为30%的恒温恒湿箱中进行放电，电流密度为0.1mA/cm，截止电压为1.5V，结果如图1所示。由于电解液本身的挥发性降低，再加上PDMS和PE可以较好的抑制水分进入和防止电解液挥发，使得与对比例相比，实施例1~3（曲线3、4和5）的锂空电池放电时间明显延长。
[0021] 以上具体实施例仅为本发明的部分实施方式，其对本发明而言是说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本发明精神和范围的情况下，对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本发明的权利要求保护范围。
