一種插控式凝膠電解質鋰空電堆及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種插控式凝膠電解質裡空電堆及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 裡空電池是一種用金屬裡作為負極，W空氣中的氧氣作為正極反應物的電池，將 多個單體電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起，便構成了電池組，也叫電堆。其中，每個單體電池放電過 程；陽極的金屬裡釋放電子后成為裡陽離子an，Li+穿過電解質材料，在陰極與氧氣、W 及從外電路流過來的電子結合生成氧化裡（Li2〇)或者過氧化裡（Li2〇2)，并留在陰極，裡空 電池的開路電壓約為2. 9V。
[0003] 裡空電堆單體電池比裡離子電池具有更高的能量密度，因為其陰極（W多孔碳為 主）很輕，且氧氣從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里。由于氧氣作為電池陰極反應物不受 限，該電池的容量僅取決于裡電極，其比能量為5, 210Wh/kg(包括氧氣質量），相對與其他 的金屬-空氣電池，裡空電池具有更高的比能量。因此，裡空電堆W其具有較高的理論比容 量和比能量W及對環(huán)境友好等特性而成為目前備受關注的能量轉換體系。
[0004] 目前，裡空電堆單體電池電解液的溶劑一般為有機溶劑，在電池放電過程中，由于 有機溶劑易揮發(fā)，電解液的溶質干澗而失去放電能力，隨著放電的長時間進行，而導致放電 終止，影響裡空電堆的使用壽命。此外，裡空電堆在長時間運行過程中，會造成單體電池的 負極腐蝕或正極孔徑堵塞，最終導致放電終止電堆失效，影響電堆的正常運行。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種插控式凝膠電解質裡空電堆及其制備方法， 該裡空電堆可對失效電極進行適時更換，電解液性能穩(wěn)定，從而保證裡空電堆的使用壽命。
[0006] 本發(fā)明的技術解決方案是： 一種插控式凝膠電解質裡空電堆，包括裡空電堆殼體，其特殊之處在于；所述裡空電堆 殼體底部交替開設有多組正極卡槽和負極卡槽，所述正極卡槽內插裝有電池正極，所述電 池正極是由帶有不誘鋼氣體腔室和插裝在氣體腔室一側的擴散電極卡槽上的擴散電極組 成，所述負極卡槽內插裝有電池負極，所述裡空電堆殼體內充裝有凝膠聚合物電解質； 其具體制備步驟如下： 1、 制備裡空電堆的電池正極 將石墨締和電解二氧化鋪加入到有機溶劑中配制的混合物涂覆到泡沫鑲上制得擴散 電極，嵌入到充滿空氣的不誘鋼氣體腔室一側的擴散電極卡槽上； 2、 制備裡空電堆的電池負極 將經(jīng)憎水處理的金屬裡片和"凸"型集流體鑲網(wǎng)壓制成電池負極. 3、 配制裡空電堆的電解質 3. 1、配制電解質溶液 按照重量份數(shù)計，將3份~6份LiPFe溶于7份~15份碳酸己締醋中，充分溶解，再向其 中加入0. 2份~0. 5份螺環(huán)季錠鹽，在超聲波輔助條件下混合均勻，超聲波功率為300W~ 600W，超聲波時間為比~化，得到電解質溶液； 3. 2、配制聚合物溶液 按照重量份數(shù)計，稱取0. 2份~0. 5份聚合物溶于1. 0份~2. 0份聚合交聯(lián)劑中，在超 聲波輔助條件下混合均勻，超聲波功率為500W~1000W，超聲波時間為化~12h，得到聚合 物溶液；所述聚合物為聚甲基丙締酸甲醋（PMMA)、聚氧化己締（PEO)或聚丙締酸（PAA);所 述聚合物交聯(lián)劑為N，N-亞甲基雙丙締酷胺（MBA)、二甲基丙締酸己二醇醋或甲基丙締酸哲 丙醋； 3. 3、配制凝膠聚合物電解質 將步驟3. 1配制的電解質溶液加入到步驟3. 2配制的聚合物溶液中，攬拌均勻后，靜 置30min~120min，過濾除去固體沉淀物質，保留濾液；按照重量份數(shù)計，向濾液中加入0. 5 份~1份過硫酸鹽溶液作為引發(fā)劑，所述過硫酸鹽為過硫酸鐘、過硫酸鋼或過硫酸錠，攬拌 均勻，得到凝膠聚合物電解質； 4. 組裝插控式凝膠電解質裡空電堆 將凝膠聚合物電解質填滿于電堆裡空殼體中，由左至右，向負極卡槽、正極卡槽依次插 裝步驟2制備的電池負極、步驟1制備的電池正極，室溫下靜置3min~lOmin，組裝成插控 式凝膠電解質裡空電堆。
[0007] 制備裡空電堆的電池正極時，所述擴散電極的厚度為0. 3mm~0. 5mm，所述電池正 極的氣體腔室的厚度為2. 0mm~5. 0mm。
[000引制備裡空電堆的電池負極時，所述金屬裡片的厚度為0. 1mm~0. 5mm，所述集流體 鑲網(wǎng)的厚度為0. 1mm~0. 3mm。
[0009] 組裝插控式凝膠電解質裡空電堆時，每組單體電池的電池正極與電池負極之間的 間距為0. 5mm~2. 0mm。
[0010] 步驟1中所述有機溶劑為異丙醇或己醇。
[0011] 步驟1中所述石墨締與電解二氧化鋪的質量比為3:1~5:1，所述石墨締和電解二 氧化鋪總質量與有機溶劑的質量比為1:20。
[0012] 所述過硫酸鹽溶液的質量濃度為3 %~8 %。
[0013] 所述泡沫鑲的厚度為0. 1mm~0. 5mm。
[0014] 所述裡空電堆殼體底部開設的正極卡槽和負極卡槽為3組~5組。
[0015] 所述過硫酸鹽溶液為飽和過硫酸鹽溶液。
[0016] 本發(fā)明的有益效果； (1)、該凝膠聚合物電解質性能穩(wěn)定，既有全固態(tài)聚合物電解質良好的安全性，又與有 機溶劑電解液有相近的離子電導率，并且具有與電極材料間的反應活性低、質量輕、易成薄 膜、黏彈性好的特點；因此，采用該凝膠聚合物電解質的裡空電堆可W制成各種形狀，并具 有耐壓、耐沖擊、生產(chǎn)成本低和易于加工使用的優(yōu)點。
[0017](2)、W凝膠聚合物電解電解質為裡空電堆電解質，采用電池正極和電池負極插裝 結構，結構合理，并可電堆結構可W根據(jù)具體工況，對電極進行適時更換，保證電堆的正常 運行，使得裡空電堆可W連續(xù)工作，從而延長了電堆的使用壽命，該裡空電堆首次放電容量 > 1650mAh/g，循環(huán)次數(shù)大于45次，連續(xù)工作時間超過60天。
【附圖說明】
[001引圖1是本發(fā)明的結構示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖； 圖3是本發(fā)明的裡空電堆殼體的俯視圖。
[0019] 圖中；1-裡空電堆殼體，101-正極卡槽，102-負極卡槽，2-電池負極，201-金屬裡 片，202-集流體鑲網(wǎng)，3-電池正極，301-氣體腔室，301A-擴散電極卡槽，302-擴散電極。
【具體實施方式】[0020] 實施例1 如圖所示，該插控式凝膠電解質裡空電堆，包括裡空電堆殼體1，所述裡空電堆殼體1 底部交替開設有3組~5組正極卡槽101和負極卡槽102,本實施例w=組正極卡槽101和 負極卡槽102為例，所述正極卡槽101內插裝有電池正極3,所述電池正極3是由帶有不誘 鋼氣體腔室301和插裝在氣體腔室301 -側的擴散電極卡槽301A上的擴散電極302組成， 所述負極卡槽102內插裝有電池負極2,所述裡空電堆殼體1內充裝有凝膠聚合物電解質； 其具體制備步驟如下： 1、 制備裡空電堆的電池正極 將3g石墨締和Ig電解二氧化鋪加入到80g異丙醇有機溶劑中配制的混合物涂覆到厚 度為0. 1mm的泡沫鑲上制得厚度為0. 3mm的擴散電極，將擴散電極302嵌入到充滿空氣的 不誘鋼氣體腔室301 -側擴散電極卡槽301A上；其中，電池正極3的氣體腔室301的厚度 (W電池正極厚度方向為標準）為2. 0mm; 2、 制備裡空電堆的電池負極 將經(jīng)憎水處理的厚度為0. 1mm的金屬裡片201和厚度為0. 1mm的"凸"型集流體鑲網(wǎng) 202壓制成電池負極2 ; 3、 配制裡空電堆的電解質 3. 1、配制電解質溶液 將3gLiPFe溶于15g碳酸己締醋中，充分溶解，再向其中加入0.2g螺環(huán)季錠鹽，在超 聲波輔助條件下混合溶液超聲至澄清，超聲波功率為300W，超聲波時間為化，得到電解質 溶液； 3. 2、配制聚合物溶液 稱取0.2g甲基丙締酸甲醋（PMMA)溶于2.0gN，N-亞甲基雙丙締酷胺（MBA)中，在超 聲波輔助條件下混合至固體物質溶解充分，超聲波功率為500W，超聲波時間為12h，得到聚 合物溶液； 3. 3、配制凝膠聚合物電解質 將步驟3. 1配制的電解質溶液加入到步驟3. 2配制的聚合物溶液中，攬拌均勻后，靜置 30min，過濾除去固體沉淀物質得到均一澄清的濾液；向濾液中加入0. 5g濃度為8wt%的過 硫酸錠溶液作為引發(fā)劑，攬拌均勻，得到凝膠聚合物電解質； 4. 組裝插控式凝膠電解質裡空電堆 將凝膠聚合物電解質填滿于電堆裡空殼體中，由左至右，依次將步驟2制備的電池負 極2、步驟1制備的電池正極3相應的插入負極卡槽101、正極卡槽102中，其中，每組單體 電池的電池正極3與電池負極2之間的間距為0. 5mm;室溫下靜置3min，組裝成插控式凝膠 電解質裡空電堆；該電堆的電化學性能如表1所示。
[0021] 相關檢測；將步驟3. 3配制的凝膠聚合物電解質倒入表面皿中，室溫下靜置3min 可觀察到玻璃皿內的溶液逐漸固化，即為所需凝膠聚合物電解質，得到凝膠聚合物極易從 玻璃容器中剝離；該凝膠聚合物電解質具有良好的定型能力和機械強度，無需側向支撐即 可獨立放置在玻璃基底上，電解質表面無液態(tài)電解質析出；置于馬環(huán)境中4她質量損失 0. 95%，僅為水分蒸發(fā)損失的質量。
[0022] 實施例2 如圖所示，該插控式凝膠電解質裡空電堆，包括裡空電堆殼體1，所述裡空電堆殼體1 底部交替開設有3組~5組正極卡槽101和負極卡槽102,本實施例W=組正極卡槽101和 負極卡槽102為例，所述正極卡槽101內插裝有電池正極3,所述電池正極3是由帶有不誘 鋼氣體腔室301和插裝在氣體腔室301 -側的擴散電極卡槽301A上的擴散電極302組成， 所述負極卡槽102內插裝有電池負極2,所述裡空電堆殼體1內充裝有凝膠聚合物電解質； 其具體制備步驟如下： 1、 制備裡空電堆的電池正極 將5g石墨締和Ig電解二氧化鋪加入到120g己醇有機溶劑中配制的混合物涂覆到厚 度為0