第42卷 第2期2012年 4月电 池BATTERY BIMONTHLYVol142,No12Apr1,2012

锂空气电池正极材料的研究进展

娄永兵,刘 艳,朱 林

(东南大学化学化工学院,江苏南京 211189)

摘要:综述了目前国内外锂空气电池研究领域的进展,尤其是正极材料的研究进展;分析了目前研究的局限和问题的集中所在,如过电位、循环稳定性和安全性等;展望了锂空气电池的发展方向及应用趋势。关键词:新能源; 锂空气电池; 正极材料

中图分类号:TM911141 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2012)02-0114-04

Researchprogressincathodematerialsforlithium-airbattery

LOUYong-bing,LIUYan,ZHULin

(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing,Jiangsu211189,China)

-airbatteryresearchwasreviewed,specificallytheprogressincathodematerials1Thecurrentre-Abstract:Theprogressinlithium

searchlimitationsandexistingproblemswerediscussed,suchasoverpotential,cyclestabilityandsafety,thedevelopmentdirectionandapplicationtrendwereforecasted1

-airbattery; cathodematerialKeywords:newenergy; lithium

金属锂的电化学比容量虽然高达3860mAh/g,但大部分正极材料的电化学比容量只有约200mAh/g[1],此外,Li+在金属正极材料中的扩散系数一般为10~10cm/s,也限制了电池的能量输出。锂空气电池以空气中的氧气为正极,能量密度可达锂离子电池的15倍以上。理论上,由于氧气作为正极反应物不受限制,该电池的容量仅取决于锂电极,比能量为5121kWh/kg(包括氧气)或11114kWh/kg(不包括氧气)。相对于其他金属-空气电池,锂空气电池的比能量更高[2],且污染很小,近年来受到越来越多的关注[3-4]。

锂空气电池的开路电压为2191V,正极反应为:O2+2H2O+4e2Li++2e+O2

(水溶剂)

2O2(或Li2O)(非水溶剂)

--8

-11

2

如果整个电池中这两个反应都发生,则为[6]:4Li(s)+3/2O2(g)yLi2O(s)+Li2O2(s)

(5)

1 研究进展

锂空气电池的研究,到目前为止主要可分为3类[7]:¹电池的液体和固体电解质;º多孔电极的材料和结构;»电池反应的催化剂。根据电解质的种类,可将锂空气电池分为4类[8]:有机电解质体系、水溶液电解质体系、有机-水混合电解质体系和固体电解质体系。111 催化剂和电解质

K1M1Abraham等[2]制备的可充非水锂空气电池体系,使用能够传导Li+的聚合物电解质膜[聚丙烯腈(PAN)或聚偏氟乙烯(PVDF)]。该电池的开路电压约为310V,工作电压为210~218V,以酞菁钴为碳正极催化剂。电池充放电时,表现出良好的库仑效率,可循环3次;没有催化剂时,工作电压为214~215V,放电比容量达1350mAh/g。钴催化剂的作用是降低过电势(降低了0165V),且整个过程中使用的材料都是无毒的,有望制造对环境友好的电池。

(1)(2)

K1M1Abraham等[2]报道了使用Li+导电有机聚合物电解质的锂空气电池,得出整个电池的放电反应是:

2Li(s)+O2(g)yLi2O2(s)程中还发生了一个反应,即:

2Li(s)+1/2O2(g)yLi2O(s)作者简介:

(4)(3)

除了这个反应,J1Read[5]认为,基于耗氧测量,在放电过

娄永兵(1975-),男,江苏人,东南大学化学化工学院副教授,博士,硕士生导师,研究方向:锂电池,介孔材料,本文联系人;刘 艳(1986-),女,湖北人,东南大学化学化工学院硕士生,研究方向:锂电池,纳米材料;朱 林(1983-),男,安徽人,东南大学化学化工学院硕士生,研究方向:锂电池,纳米材料。基金项目:项目(20091001)