本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種電池。

背景技術(shù)：

金屬空氣電池，是新一代電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的強(qiáng)有力的候選者。金屬空氣電池通常以活性金屬作為陽極側(cè)電化學(xué)活性組分，以空氣中的氧氣作為陰極側(cè)電化學(xué)活性組分之一。由于氧氣直接來源于空氣而不需存儲(chǔ)在電池內(nèi)部，金屬-空氣電池因此具有較高的理論比容量。金屬空氣電池有可能實(shí)現(xiàn)1000wh/kg以上的器件能量密度，該能量密度與汽油接近。

金屬空氣電池的陽極側(cè)電化學(xué)活性組分可以是堿金屬、堿土金屬或其它活性金屬。在眾多金屬空氣電池中，鋰空氣電池是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。金屬鋰具有較負(fù)的電極電位(-3.04vvs.she)以及較小的密度(6.95g·mol^-1)。當(dāng)鋰作為電池陽極極材料時(shí)，其具有約3.81ahg^-1的比容量，此時(shí)，鋰空氣電池的能量密度理論值有可能達(dá)3505wh/kg。在此能量密度下，配備鋰空氣電池的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程可以達(dá)到600公里以上。

中國專利cn104701588a公開了一種鋰空氣電池，其特征在于，所述鋰空氣電池包括負(fù)極、多孔氧電極、以及夾在負(fù)極和多孔氧電極之間的固態(tài)電解質(zhì)層，其中，負(fù)極材質(zhì)包括鋰、鋰合金和/或含金屬鋰的復(fù)合物，多孔氧電極采用多孔導(dǎo)電載體、催化劑、離子導(dǎo)體材料、鋰鹽和/或粘接劑均勻混合后干燥得到，固態(tài)電解質(zhì)層的材質(zhì)包括鋰鑭鋯氧基陶瓷、鋰鑭鈦氧基陶瓷、磷酸鈦鋁鋰基陶瓷和/或硅磷酸鋰基陶瓷。該專利采用高達(dá)180-250℃的測試溫度，在該溫度下，固態(tài)電解質(zhì)中的鋰離子電導(dǎo)率接近1s/cm^-1。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電池，本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種高功率的電池，本發(fā)明再一個(gè)目的是提供一種低成本的電池,本發(fā)明再一個(gè)目的是提供一種體積小的電池。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，一些電池中隔膜的離子透過率較低，該因素是限制電池功率性能的短板。

發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，通過提高隔膜與陰極(和/或陽極)的面積之比，能夠針對性地提高電池在單位時(shí)間的離子透過量，進(jìn)而顯著改善電池的性能，尤其是功率性能和倍率性能，同時(shí)不增加電池其它部分的成本或體積。

發(fā)明人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在空間有限的電池空間內(nèi)，非平面的隔膜(例如曲面的隔膜)比平面的隔膜具有更大的表面積，單位時(shí)間的離子透過量更大。非平面的隔膜在改善的電池的性能的同時(shí)，還節(jié)約電池的體積和成本。

本發(fā)明第一方面提供一種電池，包括：

陽極結(jié)構(gòu)，所述陽極結(jié)構(gòu)包括陽極側(cè)電化學(xué)活性組分和陽極側(cè)液體電解質(zhì)，所述陽極側(cè)電化學(xué)活性組分包括以下物質(zhì)的一種或多種：活性金屬單質(zhì)、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料；

陰極結(jié)構(gòu)，所述陰極結(jié)構(gòu)包括陰極側(cè)電化學(xué)活性組分、陰極側(cè)液體電解質(zhì)和陰極側(cè)電子導(dǎo)電體，陰極側(cè)液體電解質(zhì)是含水的；和

隔膜，所述隔膜位于陽極結(jié)構(gòu)和陰極結(jié)構(gòu)之間，并將陽極側(cè)液體電解質(zhì)與陰極側(cè)液體電解質(zhì)分隔，所述隔膜是基本不透水的；

隔膜與陰極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面的面積為am²，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體與陰極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面的面積為bm²；a:b大于1，優(yōu)選大于或等于2，再優(yōu)選大于或等于3，再優(yōu)選大于或等于4，再優(yōu)選大于或等于5。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，隔膜與陽極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面的面積為cm²，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分與陽極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面的面積為dm²，c:d大于1，優(yōu)選大于或等于2，再優(yōu)選大于或等于3，再優(yōu)選大于或等于4，再優(yōu)選大于或等于5。

上述技術(shù)方案中的隔膜面積相對于陽極側(cè)電化學(xué)活性物質(zhì)或陰極側(cè)電子導(dǎo)電體的面積較大，從而利用較低的電池成本和較小的電池體積，有效提高了電池內(nèi)部單位時(shí)間的離子透過量，實(shí)現(xiàn)了電池的功率性能和倍率性能的改善。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陽極側(cè)液體電解質(zhì)位于陽極側(cè)電化學(xué)活性組分與隔膜之間。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陰極側(cè)液體電解質(zhì)位于陰極側(cè)電子導(dǎo)電體與隔膜之間。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陽極側(cè)液體電解質(zhì)是非水的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陽極側(cè)電化學(xué)活性組分是電子導(dǎo)電的固體。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陰極側(cè)電化學(xué)活性組分包括水。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述陰極側(cè)電化學(xué)活性組分包括水溶性的氣態(tài)氧化劑、水溶性的液態(tài)氧化劑或水溶性的固態(tài)氧化劑，所述水溶性的氣態(tài)氧化劑優(yōu)選為o2、空氣、so2或no2。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，隔膜與陽極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面或隔膜與陰極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面是非平面的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，隔膜與陽極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面或隔膜與陰極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面包括曲面。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，隔膜與陽極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面或隔膜與陰極側(cè)液體電解質(zhì)接觸的表面包括n次曲面的部分或全部，n為大于或等于2的整數(shù)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述曲面為柱面、球面、橢球面、拋物面、雙曲面或折線形曲面。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述曲面具有一個(gè)或多個(gè)凸棱和一個(gè)或多個(gè)凹槽，優(yōu)選地，所述凸棱和凹槽并排延伸。該電池的隔膜具有較大的表面積和較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述曲面的母線是折線或曲線。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述曲面的母線為折線，所述折線由多個(gè)波浪線線段首尾相接而成。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述曲面的母線為蛇形、波浪形、折線形、凹入的錐形或凹入的盆地形。

非平面的隔膜，例如曲面的隔膜，在有限的空間內(nèi)具有更大的表面積，進(jìn)而在單位時(shí)間內(nèi)具有更高的離子透過量，從而利用較低的電池成本和電池空間，實(shí)現(xiàn)電池功率性能和倍率性能的改善。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜的厚度為0.1mm以上，例如1～10mm，例如3～5mm。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜是離子導(dǎo)電的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜是鋰離子導(dǎo)體。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜的離子電導(dǎo)率大于或等于10^-7s/cm，例如大于或等于10^-5s/cm，例如大于或等于10^-3s/cm。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜是固體隔膜，

優(yōu)選地，所述隔膜包括固體電解質(zhì)；

優(yōu)選地，所述隔膜包括：選自鈣鈦礦型固體電解質(zhì)、石榴石型固體電解質(zhì)、lisicon型固體電解質(zhì)、thio-lisicon型固體電解質(zhì)、nasicon型固體電解質(zhì)、lipon型固體電解質(zhì)中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，隔膜與含水液體電解質(zhì)化學(xué)相容。優(yōu)選地，隔膜與含水液體電解質(zhì)接觸時(shí)，不會(huì)反應(yīng)形成對電池運(yùn)行有害的產(chǎn)物。

在一個(gè)實(shí)施方案中，隔膜基本無間隙。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜包括固體電解質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜包括選自以下固體電解質(zhì)中的一種或多種：

鈣鈦礦(perovskite)型固體電解質(zhì)，例如li0.5-3xla0.5+xtio3；

石榴石(garnet)型固體電解質(zhì)，例如li7la3zr2o12或li5la3m2o12；

lisicon型固體電解質(zhì)，例如li14zn(geo4)4；

thio-lisicon型固體電解質(zhì)，例如li4ges4、li2s-p2s5或li3.25ge0.25p0.75s4；

nasicon型固體電解質(zhì)，例如lim2(po4)3(m＝ti、ge、zr)；

lipon型固體電解質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，nasicon型固體電解質(zhì)包括以下一種或多種固體電解質(zhì)：latp型固體電解質(zhì)，例如li1+xalxti2-x(po4)3；latsp型固體電解質(zhì)，例如li1+x+yalxti2-x(siyp1-yo4)3；lagp型固體電解質(zhì)，例如li3-2x(al1-xgex)2(po4)3；lagtp型固體電解質(zhì)，例如li1.4al0.4ge1.07ti0.53(po4)3和llzp型固體電解質(zhì)，例如li0.8la0.6zr2(po4)3。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述固體電解質(zhì)的材料包括以下一種或多種：玻璃態(tài)活性金屬離子導(dǎo)體、陶瓷活性金屬離子導(dǎo)體或玻璃-陶瓷活性金屬離子導(dǎo)體。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述固體電解質(zhì)的材料包括：美國專利4985317、5702995、6030909、6315881和6485622中描述的合適的陶瓷離子活性金屬離子導(dǎo)體，本文全文引入作為參考并用于各種目的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述固體電解質(zhì)的材料可由oharacorporation，japan獲得。

隔膜離子電導(dǎo)率為至少10^-7s/cm，例如至少10^-6s/cm，例如至少10^-5s/cm，例如高至10^-4s/cm，例如高至10^-3s/cm或更高。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜采用模具鑄造的方法制備得到。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜采用高溫固相熔融法制備得到。

在一個(gè)實(shí)施方案中，隔膜由以下方法制備而成：將含有所需成分的前驅(qū)體熔化為熔漿，將熔漿注入具有合適腔體形狀的模具內(nèi)，待熔漿凝固后脫模，獲得所需形狀的隔膜。

在一個(gè)實(shí)施方案中，隔膜、陽極側(cè)電化學(xué)活性組分或陰極側(cè)電子導(dǎo)電體的表面面積是名義面積。

在一個(gè)實(shí)施方案中，隔膜、陽極側(cè)電化學(xué)活性組分或陰極側(cè)電子導(dǎo)電體的表面面積由其外部尺寸(或宏觀尺寸)所決定。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述隔膜內(nèi)部含有增強(qiáng)材料；

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)材料為金屬支撐結(jié)構(gòu)，所述金屬支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)選為鎢網(wǎng)；

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)材料為石墨烯；石墨烯優(yōu)選分散在隔膜內(nèi)部，石墨烯在隔膜中的含量優(yōu)選為1～5重量％，例如3重量％。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述電池包括電池殼體，所述隔膜包括固體電解質(zhì)和彈性聚合物，彈性聚合物連接在固體電解質(zhì)的邊緣，彈性聚合物與電池殼體連接；優(yōu)選地，固體電解質(zhì)不與電池殼體直接接觸。優(yōu)選地，所述彈性聚合物是橡膠。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，其具有以下一項(xiàng)或多項(xiàng)特征：

a)陽極側(cè)電化學(xué)活性組分包括鋰金屬；

b)陽極側(cè)液體電解質(zhì)是有機(jī)液體電解質(zhì)；

c)隔膜包括鋰離子固體電解質(zhì)；

d)陰極側(cè)電化學(xué)活性組分包括水和氧氣；

e)陰極側(cè)液體電解質(zhì)是酸、堿或鹽的水溶液；

f)陰極側(cè)電子導(dǎo)電體包括多孔碳材料。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述活性金屬包括堿金屬、堿土金屬和過渡金屬中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述活性金屬包括選自li、na、k、ca、mg、ba、zn中的一種或多種；優(yōu)選活性金屬包括li。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述活性金屬離子包括選自li⁺、na⁺、k⁺、ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、zn²⁺中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述活性金屬合金包括：含有l(wèi)i、na、k、ca、mg、ba、zn中的一種或多種元素的合金；優(yōu)選包括：由選自li、na、k、ca、mg、ba、zn中的一種或多種元素和選自sn、si、zn、al、sb、ge、pb、mg、ca、as、bi、pt、ag、au、cd、hg等中的一種或多種金屬構(gòu)成的二元或三元以上的合金；優(yōu)選包括選自鋰鋁合金、鋰硅合金、鋰錫合金、和鋰銀合金中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述活性金屬嵌入材料為鋰碳化合物或碳。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陽極側(cè)液體電解質(zhì)為有機(jī)液體電解質(zhì)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陽極側(cè)液體電解質(zhì)是有機(jī)液體電解質(zhì)，所述有機(jī)液體電解質(zhì)優(yōu)選為溶有鋰鹽的有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑優(yōu)選包括以下物質(zhì)的一種或多種：乙烯碳酸酯(ec)、丙烯碳酸酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體是多孔的。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體包括碳材料。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述碳材料為炭黑(superp、ketjenblack、vulcanxc-72等)、碳納米管和石墨烯等。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體包括粘結(jié)劑。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述粘結(jié)劑包括選自pvdf、ptfe或鋰化的nafion中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體包括催化劑。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述催化劑包括選自：貴金屬、過渡金屬氧化物或鈣欽礦型物質(zhì)中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，貴金屬包括選自：pt、pd、au或ru中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，過渡金屬氧化物包括選自：nio、co3o4、ruo2、fe2o3中的一種或多種。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述電池放電時(shí)，陰極為正極，陽極為負(fù)極。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池，所述電池為金屬空氣電池，所述金屬空氣電池優(yōu)選為鋰空氣電池、鈉空氣電池、鋅空氣電池、鈣空氣電池或鎂空氣電池。

在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明任一項(xiàng)的電池是鋰-空氣電池、鋰-水電池、鋰-金屬氫化物電池、鋰-金屬氧化物電池。

本發(fā)明的有益效果：

1)一些實(shí)施例的電池具有高的功率密度；

2)一些實(shí)施例的電池具有改善的倍率性能；

3)一些實(shí)施例的電池具有改善的大電流充放電能力；

4)一些實(shí)施例的電池具有較低的成本；

5)一些實(shí)施例的電池具有較小的體積；

6)一些實(shí)施例的隔膜具有改善的力學(xué)性能，例如更好的耐壓性；

7)一些實(shí)施例的隔膜具有抗震性能或抗沖擊性能；

8)一些實(shí)施例的隔膜的制備方法簡單易行，可規(guī)模化生產(chǎn)，便于推廣。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：

圖1為對比例1的鋰空氣電池的軸截面示意圖；

圖2為實(shí)施例1的鋰空氣電池的軸截面示意圖；

圖3為實(shí)施例1的隔膜的橫截面示意圖；

圖4為實(shí)施例2的鋰空氣電池的軸截面示意圖；

圖5為實(shí)施例2的隔膜的橫截面示意圖；

圖6為實(shí)施例3的隔膜的橫截面示意圖；

圖7為實(shí)施例5的鋰空氣電池的軸截面示意圖。

各附圖標(biāo)記分別代表：陽極結(jié)構(gòu)1、陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110、陽極側(cè)液體電解質(zhì)120、陰極結(jié)構(gòu)2、陰極側(cè)電化學(xué)活性組分210、陰極側(cè)液體電解質(zhì)220、陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230、隔膜3、固體電解質(zhì)310、彈性聚合物320、電池殼體4、凸棱7、凹槽8、金屬支撐結(jié)構(gòu)9、隔膜3的厚度d、隔膜3的直徑l。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)提及本發(fā)明的具體實(shí)施方案。具體實(shí)施方案的例子圖示在附圖中。盡管結(jié)合這些具體的實(shí)施方案描述本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到不打算限制本發(fā)明到這些具體實(shí)施方案。相反，這些實(shí)施方案意欲覆蓋可包括在由權(quán)利要求限定的發(fā)明精神和范圍內(nèi)的替代、改變或等價(jià)實(shí)施方案。在下面的描述中，闡述了大量具體細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的全面理解。本發(fā)明可在沒有部分或全部這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。在其它情況下，為了不使本發(fā)明不必要地模糊，沒有詳細(xì)描述熟知的工藝操作。

當(dāng)與本說明書和附加權(quán)利要求中的“包括”、“方法包括”、“裝置包括”或類似語言聯(lián)合使用時(shí)，單數(shù)形式“某”、“某個(gè)”、“該”包括復(fù)數(shù)引用，除非上下文另外清楚指明。除非另外定義，本文中使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。

對比例1

對比例1的鋰空氣電池為圓柱形，圖1是對比例1的鋰空氣電池的軸截面的示意圖。如圖1所示，對比例1的鋰空氣電池包括：

陽極結(jié)構(gòu)1，所述陽極結(jié)構(gòu)1包括陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110和陽極側(cè)液體電解質(zhì)120，所述陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110為鋰金屬，陽極側(cè)液體電解質(zhì)120為含有1mol/lliasf6的碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯混合溶液(碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯的體積比為1:1)；

陰極結(jié)構(gòu)2，所述陰極結(jié)構(gòu)2包括陰極側(cè)電化學(xué)活性組分210、陰極側(cè)液體電解質(zhì)220和陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230，陰極側(cè)電化學(xué)組分210包括氧氣和水，陰極側(cè)液體電解質(zhì)220為含有0.1mol/llicl和0.05mol/llioh的水溶液，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230為含有釕和碳的多孔結(jié)構(gòu)電子導(dǎo)電體。

隔膜3，所述隔膜3位于陽極結(jié)構(gòu)1和陰極結(jié)構(gòu)2之間，并將陽極側(cè)液體電解質(zhì)120與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220分隔，所述隔膜3的材料為磷酸鈦鋁鋰(latp)固體電解質(zhì)li2alti(po4)3，隔膜3是基本不透水的。隔膜3的直徑l為30cm，厚度d為3mm。

隔膜3與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是平面，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是平面，這兩個(gè)表面的面積之比為1。隔膜3與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面也是平面，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是平面，這兩個(gè)表面的面積之比為1。

隔膜3的面積相對較小，單位時(shí)間內(nèi)透過的鋰離子數(shù)量有限，限制了電池的功率性能和倍率性能。

隔膜3的材料為磷酸鈦鋁鋰(latp)固體電解質(zhì)li2alti(po4)3，其可以采用高溫固相熔融法制備：

(1)將反應(yīng)前驅(qū)體li2co3、al2o3、tio2、nh4h2po4以14:9:38:39摩爾比進(jìn)行混合，并且加入約5％重量比的硼酸助熔劑，在氧氣的氛圍下，以約10℃/min的升溫速率升溫到約600℃，保持約90min。之后以約6℃/min的升溫速率升溫到約1200℃，并保持約2h，獲得熔漿。

(2)將熔漿注入已預(yù)先預(yù)熱的模具(模具溫度為約700℃)中，模具內(nèi)腔的形狀與隔膜的形狀相對應(yīng)，接著以約5℃/min的降溫速率進(jìn)行降溫，使熔漿緩慢結(jié)晶，獲得對比例1的隔膜3。

實(shí)施例1

除了隔膜的形狀不同，實(shí)施例1的鋰空氣電池結(jié)構(gòu)及成分基本與對比例1相同。圖2為實(shí)施例1的鋰空氣電池的軸截面示意圖。如圖2所示，該鋰空氣電池的隔膜3與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面為折線形曲面，隔膜3與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是折線形曲面。陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面為平面，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面為平面。

圖3為隔膜3的橫截面示意圖。如圖3所示，該隔膜具有多個(gè)凸棱7和凹槽8，凸棱7和凹槽8并排延伸且交替排列。隔膜3兩側(cè)表面的母線是折線，該折線由多條線段首尾連接而成，這些線段兩兩之間的夾角α為60°。隔膜3的直徑l為30cm，厚度d為3mm。

根據(jù)隔膜3的形狀可推知，隔膜3與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是折線形曲面，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是平面，這兩個(gè)表面的面積之比為2。隔膜3與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面也是折線形曲面，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是平面，這兩個(gè)表面的面積之比為2。

隔膜3的材料為磷酸鈦鋁鋰(latp)固體電解質(zhì)li2alti(po4)3，其可以采用高溫固相熔融法制備：

(1)將反應(yīng)前驅(qū)體li2co3、al2o3、tio2、nh4h2po4以14:9:38:39摩爾比進(jìn)行混合，并且加入約5％重量比的硼酸助熔劑，在氬氣的氛圍下，以約10℃/min的升溫速率升溫到約550℃，保持約60min。之后以約6℃/min的升溫速率升溫到約1300℃，并保持約3h，獲得熔漿。

(2)將熔漿注入已預(yù)先預(yù)熱的模具(模具溫度為約700℃)中，模具內(nèi)腔的形狀與隔膜的形狀相對應(yīng)，接著以約3℃/min的降溫速率進(jìn)行降溫，使熔漿緩慢結(jié)晶，獲得實(shí)施例1的隔膜3。

實(shí)施例2

除了隔膜的形狀不同，實(shí)施例2的鋰空氣電池結(jié)構(gòu)及成分基本與對比例1相同。圖4為實(shí)施例2的鋰空氣軸截面的示意圖。如圖4所示，該鋰空氣電池的隔膜3與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面為曲面，隔膜3與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是曲面。陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面為平面，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面為平面。

圖5為該鋰空電池的隔膜3的橫截面示意圖。如圖5所示，該隔膜3兩側(cè)表面的母線是蛇形曲線，該蛇形曲線由多條半圓曲線首尾連接而成。隔膜3的直徑l為30cm，隔膜3的厚度d為4mm。

根據(jù)隔膜3的形狀可推知，隔膜3與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是曲面(半圓曲面)，陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230與陰極側(cè)液體電解質(zhì)220接觸的表面是平面，這兩個(gè)面積之比為約1.57。隔膜3與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是曲面，陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110與陽極側(cè)液體電解質(zhì)120接觸的表面是平面，這兩個(gè)面積之比為約1.57。

隔膜3的材料為磷酸鈦鋁鋰(latp)固體電解質(zhì)li2alti(po4)3，其可以采用高溫固相熔融法制備：

(1)將反應(yīng)前驅(qū)體li2co3、al2o3、tio2、nh4h2po4以14:9:38:39摩爾比進(jìn)行混合，并且加入約5％重量比的硼酸助熔劑，在氧氣的氛圍下，以約10℃/min的升溫速率升溫到約600℃，保持約90min。之后以約5℃/min的升溫速率升溫到約1400℃，并保持約2h，獲得熔漿。

(2)將熔漿注入已預(yù)先預(yù)熱的模具(模具溫度為約700℃)中，模具內(nèi)腔的形狀與隔膜的形狀相對應(yīng)，接著以約3℃/min的降溫速率進(jìn)行降溫，使熔漿緩慢結(jié)晶，獲得實(shí)施例2的隔膜3。

對比實(shí)施例1和2與對比例1可知，實(shí)施例1和2的鋰空氣電池針對性地增加了隔膜3的面積，同時(shí)保持陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110和與陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230的面積不變，即，增大了隔膜3與陽極側(cè)電化學(xué)活性組分110和陰極側(cè)電子導(dǎo)電體230的面積之比。由于增大了隔膜的面積，提高了單位時(shí)間的離子通過量，電池的功率性能和倍率性能都得到的提高，表現(xiàn)出良好的大電流充放電能力。實(shí)施例1和2既有效地改善了隔膜離子透過率低的問題，提高了電池的功率性能，又沒有增加電池其它部分的體積或成本。因此，實(shí)施例1或2的鋰空氣電池具有較高的功率密度、改善的倍率性能(大電流充放電能力)、以及較小的體積和較低的成本。

實(shí)施例1(或?qū)嵤├?)的隔膜3的表面是曲面，曲面在有限的空間內(nèi)具有更大的表面積，進(jìn)而在較小的電池體積內(nèi)，有效提高了電池內(nèi)部單位時(shí)間的離子透過量，實(shí)現(xiàn)了電池的功率性能和倍率性能的改善。

實(shí)施例3

圖6為實(shí)施例3的隔膜的橫截面示意圖。如圖6所示，在實(shí)施例1的鋰空氣電池的隔膜的基礎(chǔ)上，實(shí)施例3的隔膜中還含有金屬支撐結(jié)構(gòu)9，該金屬支撐結(jié)構(gòu)9固定在隔膜3的內(nèi)部。實(shí)施例3的金屬支撐結(jié)構(gòu)9為鎢網(wǎng)。

固體電解質(zhì)隔膜有脆性高的缺點(diǎn)，在制備和組裝過程中如處理不當(dāng)，較容易導(dǎo)致膜的破碎。含有金屬支撐結(jié)構(gòu)的隔膜具有改善的力學(xué)性能，尤其是耐壓性。

實(shí)施例3的隔膜可以采用下述方法制備：參照實(shí)施例1的隔膜制備方法，特別地，在反應(yīng)前驅(qū)體熔融物注入模具之前，先在模具內(nèi)放置支撐體鎢網(wǎng)。當(dāng)熔融物冷卻后，金屬支撐體鎢網(wǎng)被包含在固體電解質(zhì)隔膜中，獲得實(shí)施例3的隔膜。

實(shí)施例4

在實(shí)施例1的鋰空氣電池的隔膜的基礎(chǔ)上，實(shí)施例4的隔膜中還含有石墨烯，石墨烯分散在隔膜內(nèi)部，石墨烯在隔膜中的重量含量為約3重量％。

固體電解質(zhì)隔膜有脆性高的缺點(diǎn)，在制備和組裝過程中如處理不當(dāng)，較容易導(dǎo)致膜的破碎。含有石墨烯的隔膜具有改善的力學(xué)性能，尤其是改善的耐壓性。

實(shí)施例4的隔膜可以采用下述方法制備：參照實(shí)施例1的隔膜制備方法，特別地，在反應(yīng)前驅(qū)體中加入占總質(zhì)量3％的石墨烯，將反應(yīng)前驅(qū)體熔融后注入模具，獲得實(shí)施例4的隔膜。

實(shí)施例5

圖7為實(shí)施例5的鋰空氣電池的軸截面示意圖。如圖7所示，在實(shí)施例1的鋰空氣電池的隔膜的基礎(chǔ)上，實(shí)施例5的隔膜包括固體電解質(zhì)310和彈性聚合物320，彈性聚合物320連接在固體電解質(zhì)310的邊緣。彈性聚合物可以是橡膠。

實(shí)施例5的鋰空氣電池包括電池殼體4。在電池殼體4中，隔膜3通過其邊緣的彈性聚合物320與電池殼體4的內(nèi)壁連接，隔膜3的固體電解質(zhì)310不與電池殼體4直接接觸。由于彈性聚合物320具有良好的彈性和韌性，能夠吸收應(yīng)力，因此當(dāng)該鋰空氣電池收到撞擊或震動(dòng)時(shí)，彈性聚合物320能夠起到減震和緩沖的作用，保護(hù)固體電解質(zhì)310免受震蕩或沖擊。因此該隔膜3具有更好的抗震、抗沖擊性能。

實(shí)施例1～5的制備隔膜的方法簡單易行，可規(guī)?；a(chǎn)，便于推廣。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。