CN104600399A - 电解液补给式锂氧电池 - Google Patents

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Abstract

一种电解液补给式锂氧电池，包括由不锈钢壳体和绝缘壳体组成的壳体，在壳体内由左向右依次竖置有负极锂片、隔膜A、蛇形有机电解液通道、隔膜B和多孔碳正极，在壳体内位于多孔碳正极的右侧留有气体腔，在不锈钢壳体靠近多孔碳正极一侧的侧板内开设有气体管路并设有氧气阀门，在靠近负极锂片一侧的不锈钢壳体侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置、蠕动泵和电解液腔室，所述蛇形有机电解液通道的液体入口与电解液腔室的液体出口通过连接管路A相连通，连接管路A上设有蠕动泵，所述蛇形有机电解液通道上的液体出口与蠕动泵相连通。优点是：结构合理，延长锂氧电池的使用寿命，避免有机电解液干涸导致锂氧电池放电终止。

Description

电解液补给式锂氧电池
技术领域
本发明涉及一种电解液补给式锂氧电池。
背景技术
锂氧电池是一种用锂金属作为负极，以空气中的氧气作为正极反应物的电池。放电过程：阳极的金属锂释放电子后成为锂阳离子（Li+），Li+穿过电解质材料，在阴极与氧气、以及从外电路流过来的电子结合生成氧化锂（Li2O）或者过氧化锂（Li2O2），并留在阴极，锂氧电池的开路电压为2.91 V。
锂氧电池比锂离子电池具有更高的能量密度，因为其阴极（以多孔碳为主）很轻，且氧气从环境中获取而不用保存在电池里。氧气作为锂氧电池阴极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，其比能量为5,210Wh/kg（包括氧气质量）或11,140Wh/kg（不包括氧气），相对与其他的金属-空气电池，锂氧电池具有更高的比能量?。因此，锂氧电池以其具有较高的理论比容量和比能量以及对环境友好等特性而成为目前备受关注的能量转换体系。但锂氧电池放电过程中，由于电解液的溶剂一般为有机溶剂，易挥发，电解液的溶质干涸而失去放电能力，随着放电的长时间进行，而导致放电终止，影响锂氧电池的使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电解液补给式锂氧电池，延长锂氧电池的使用寿命，避免有机电解液干涸导致锂氧电池放电终止。
本发明的技术解决方案是：
一种电解液补给式锂氧电池，包括壳体，所述壳体由上、下敞口的不锈钢壳体、横置于不锈钢壳体上、下口内的两块绝缘壳体组成，其特殊之处在于：在壳体内由左向右依次竖置有负极锂片、隔膜A、蛇形有机电解液通道、隔膜B和多孔碳正极，在壳体内位于多孔碳正极的右侧留有气体腔，在不锈钢壳体靠近多孔碳正极一侧的侧板内开设有气体管路并且在不锈钢壳体上设置有与所述气体管路相通的氧气阀门，在靠近负极锂片一侧的不锈钢壳体侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置、蠕动泵和电解液腔室，所述蛇形有机电解液通道的液体入口与电解液腔室的液体出口通过连接管路A相连通，所述连接管路A上设有蠕动泵，所述蛇形有机电解液通道上的液体出口与蠕动泵通过连接管路B相连通。
在所述气体腔内位于多孔碳正极和对应的不锈钢壳体之间设有弹簧，用于固定多孔碳正极。
所述电解液腔室顶面设有电解液密封盖。
所述外部磁场装置上设有磁场开关。
所述电解液腔室装有有机电解液，所述有机电解液是1mol/L的LiPF6有机溶液，有机电解液的溶剂是质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液。
电解液腔室内的有机电解液通过蠕动泵以0.0003mL/min～0.003mL/min的流速补给到蛇形有机电解液通道中，蛇形有机电解液通道内过量的有机电解液由蛇形有机电解液通道的液体出口回流到蠕动泵中。
所述蛇形有机电解液通道的管壁上均布有圆柱状磁子，在外部磁场装置作用下，圆柱状磁子高速旋转，以使电解液腔室内补给蛇形有机电解液通道的有机电解液更好的扩散到整个电池内部，并加快电池内部的传质速度。
所述蛇形有机电解液通道的材质为石墨。
所述圆柱状磁子的直径为2mm、高度为2.5mm，圆柱状磁子在外部磁场装置作用下以800r/min～1400r/min的转速在蛇形有机电解液通道内高速旋转。
本发明的有益效果：
结构合理，锂氧电池放电过程中，随着有机电解液中有机溶剂的挥发，电解液腔室内的有机电解液可以通过蠕动泵的对蛇形有机电解液通道补给，使得锂氧电池可以连续工作，锂氧电池不会因电解液干涸而停止工作，从而延长了电池的使用寿命，该锂氧电池首次放电容量≥2150Ah/kg，循环次数大于65次，连续工作时间超过85天。
附图说明
图1是本发明的锂氧电池整体结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1中蛇形有机电解液通道的结构示意图。
图中：1-负极锂片，2-隔膜A，3-蛇形有机电解液通道，4-多孔碳正极，5-壳体，501-绝缘壳体，502-不锈钢壳体，6-氧气阀门，7-气体管路，8-弹簧，9-电解液腔室，10-电解液密封盖，11-蠕动泵，12-外部磁场装置，13-磁场开关，14-磁子，15-气体腔，16-隔膜B，17-管路A，18-管路B。
具体实施方式
实施例1
如图所示，该电解液补给式锂氧电池，包括壳体5，所述壳体5由上、下敞口的不锈钢壳体502、横置于不锈钢壳体502上、下口内的两块绝缘壳体501组成，在绝缘壳体501之间由左向右依次竖直设有负极锂片1、隔膜A2、蛇形有机电解液通道3、隔膜B16和多孔碳正极4，在壳体5内位于多孔碳正极4的右侧留有气体腔15，在所述气体腔15内位于多孔碳正极4和对应的不锈钢壳体502之间设有弹簧8，用于固定多孔碳正极4；在不锈钢壳体502靠近多孔碳正极4一侧的侧板内开设有气体管路7并且在不锈钢壳体502上设置有与所述气体管路7相通的氧气阀门6，在靠近负极锂片1一侧的不锈钢壳体502侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置12、蠕动泵11和电解液腔室9，电解液腔室9装有有机电解液，所述有机电解液是1mol/L 的LiPF6有机溶液，有机电解液的溶剂是质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC）的混合溶液。所述外部磁场装置12上设有磁场开关13，所述电解液腔室9顶面设有电解液密封盖10，所述蛇形有机电解液通道3的液体入口与电解液腔室9的液体出口通过连接管路A17相连通，所述连接管路A17上设有蠕动泵11，所述蛇形有机电解液通道3上的液体出口与蠕动泵11通过连接管路B18相连通；电解液腔室9内的有机电解液通过蠕动泵11以0.0003mL/min的流速补给到蛇形有机电解液通道3中，蛇形有机电解液通道3内过量的有机电解液由蛇形有机电解液通道3的液体出口回流到蠕动泵11中。所述蛇形有机电解液通道3的管壁上均布有直径为2mm、高度为2.5mm的圆柱状磁子14，在外部磁场装置12作用下，圆柱状磁子14以800r/min的转速在蛇形有机电解液通道3内高速旋转，以使电解液腔室9内补给蛇形有机电解液通道3的有机电解液更好的扩散到整个电池内部，并加快电池内部的传质速度。该锂氧电池首次放电容量可达2150Ah/kg，循环次数大于65次，连续工作时间超过85天。
实施例2
如图所示，该电解液补给式锂氧电池，包括壳体5，所述壳体5由上、下敞口的不锈钢壳体502、横置于不锈钢壳体502上、下口内的两块绝缘壳体501组成，在绝缘壳体501之间由左向右依次竖直设有负极锂片1、隔膜A2、蛇形有机电解液通道3、隔膜B16和多孔碳正极4，在壳体5内位于多孔碳正极4的右侧留有气体腔15，在所述气体腔15内位于多孔碳正极4和对应的不锈钢壳体502之间设有弹簧8，用于固定多孔碳正极4；在不锈钢壳体502靠近多孔碳正极4一侧的侧板内开设有气体管路7并且在不锈钢壳体502上设置有与所述气体管路7相通的氧气阀门6，在靠近负极锂片1一侧的不锈钢壳体502侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置12、蠕动泵11和电解液腔室9，电解液腔室9装有有机电解液，所述有机电解液是1mol/L 的LiPF6有机溶液，有机电解液的溶剂是质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC ）的混合溶液。所述外部磁场装置12上设有磁场开关13，所述电解液腔室9顶面设有电解液密封盖10，所述蛇形有机电解液通道3的液体入口与电解液腔室9的液体出口通过连接管路A17相连通，所述连接管路A17上设有蠕动泵11，所述蛇形有机电解液通道3上的液体出口与蠕动泵11通过连接管路B18相连通；电解液腔室9内的有机电解液通过蠕动泵11以0.003mL/min的流速补给到蛇形有机电解液通道3中，蛇形有机电解液通道3内过量的有机电解液由蛇形有机电解液通道3的液体出口回流到蠕动泵11中。所述蛇形有机电解液通道3的管壁上均布有直径为2mm、高度为2.5mm的圆柱状磁子14，在外部磁场装置12作用下，圆柱状磁子14以1400r/min的转速在蛇形有机电解液通道3内高速旋转，以使电解液腔室9内补给蛇形有机电解液通道3的有机电解液更好的扩散到整个电池内部，并加快电池内部的传质速度。该锂氧电池首次放电容量可达2185Ah/kg，循环次数大于67次，连续工作时间超过87天。
实施例3
如图所示，该电解液补给式锂氧电池，包括壳体5，所述壳体5由上、下敞口的不锈钢壳体502、横置于不锈钢壳体502上、下口内的两块绝缘壳体501组成，在绝缘壳体501之间由左向右依次竖直设有负极锂片1、隔膜A2、蛇形有机电解液通道3、隔膜B162和多孔碳正极4，在壳体5内位于多孔碳正极4的右侧留有气体腔15，在所述气体腔15内位于多孔碳正极4和对应的不锈钢壳体502之间设有弹簧8，用于固定多孔碳正极4；在不锈钢壳体502靠近多孔碳正极4一侧的侧板内开设有气体管路7并且在不锈钢壳体502上设置有与所述气体管路7相通的氧气阀门6，在靠近负极锂片1一侧的不锈钢壳体502侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置12、蠕动泵11和电解液腔室9，电解液腔室9装有有机电解液，所述有机电解液是1mol/L 的LiPF6有机溶液，有机电解液的溶剂是质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC）的混合溶液。所述外部磁场装置12上设有磁场开关13，所述电解液腔室9顶面设有电解液密封盖10，所述蛇形有机电解液通道3的液体入口与电解液腔室9的液体出口通过连接管路A17相连通，所述连接管路A17上设有蠕动泵11，所述蛇形有机电解液通道3上的液体出口与蠕动泵11通过连接管路B18相连通；电解液腔室9内的有机电解液通过蠕动泵11以0.002mL/min的流速补给到蛇形有机电解液通道3中，蛇形有机电解液通道3内过量的有机电解液由蛇形有机电解液通道3的液体出口回流到蠕动泵11中。所述蛇形有机电解液通道3的管壁上均布有直径为2mm、高度为2.5mm的圆柱状磁子14，在外部磁场装置12作用下，圆柱状磁子14以1200r/min的转速在蛇形有机电解液通道3内高速旋转，以使电解液腔室9内补给蛇形有机电解液通道3的有机电解液更好的扩散到整个电池内部，并加快电池内部的传质速度。该锂氧电池首次放电容量可达2165Ah/kg，循环次数大于66次，连续工作时间超过86天。
工作原理：当锂氧电池放电过程中，蛇形有机电解液通道3内的有机电解质的有机溶剂随着锂氧电池工作会渐渐挥发，电解液腔室9内的有机电解液通过蠕动泵11补给到蛇形有机电解液通道3中，有机电解液通道3内多余的有机电解液由蛇形有机电解液通道3的液体出口回流到蠕动泵11中，使得锂氧电池可以连续工作。在外部磁场装置12作用下，圆柱状磁子14在蛇形有机电解液通道3内高速旋转，搅拌有机电解液，在其搅拌作用下，新补给的电解液会更好的扩散到整个电池内部，并加快电池内部的传质速度。该锂氧电池不会因为电解质干涸而停止工作，只要定期向电解液腔室内添加电解液就使得锂氧电池可以连续工作。

Claims (10)

1.一种电解液补给式锂氧电池，包括壳体，所述壳体由上、下敞口的不锈钢壳体、横置于不锈钢壳体上、下口内的两块绝缘壳体组成，其特征在于：在壳体内由左向右依次竖置有负极锂片、隔膜A、蛇形有机电解液通道、隔膜B和多孔碳正极，在壳体内位于多孔碳正极的右侧留有气体腔，在不锈钢壳体靠近多孔碳正极一侧的侧板内开设有气体管路并且在不锈钢壳体上设置有与所述气体管路相通的氧气阀门，在靠近负极锂片一侧的不锈钢壳体侧板的外部由右向左依次竖置有外部磁场装置、蠕动泵和电解液腔室，所述蛇形有机电解液通道的液体入口与电解液腔室的液体出口通过连接管路A相连通，所述连接管路A上设有蠕动泵，所述蛇形有机电解液通道上的液体出口与蠕动泵通过连接管路B相连通。
2.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：在所述气体腔内位于多孔碳正极和对应的不锈钢壳体之间设有弹簧，用于固定多孔碳正极。
3.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述电解液腔室顶面设有电解液密封盖。
4.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述外部磁场装置上设有磁场开关。
5.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述电解液腔室装有有机电解液，所述有机电解液是1mol/L的LiPF6有机溶液。
6.根据权利要求5所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述有机电解液的溶剂是质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液。
7.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：电解液腔室内的有机电解液通过蠕动泵以0.0003mL/min～0.003mL/min的流速补给到蛇形有机电解液通道中，蛇形有机电解液通道内过量的有机电解液由蛇形有机电解液通道的液体出口回流到蠕动泵中。
8.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述蛇形有机电解液通道的管壁上均布有圆柱状磁子，在外部磁场装置作用下，圆柱状磁子高速旋转。
9.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述蛇形有机电解液通道的材质为石墨。
10.根据权利要求1所述的电解液补给式锂氧电池，其特征在于：所述圆柱状磁子的直径为2mm、高度为2.5mm，圆柱状磁子在外部磁场装置作用下以800r/min～1400r/min的转速在蛇形有机电解液通道内高速旋转。
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