锂空气电池综述

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1、·２０·材料导报Ａ：综述篇２０１５年４月（上）第２９卷第４期正极材料与催化剂对锂空气电池性能的影响及相关研究进展＊罗志虹，赵玉振，郭珺，罗鲲（桂林理工大学材料科学与工程学院，桂林５４１００４）摘要锂空气电池因其高理论能量密度引起了广泛关注。评述了锂空气电池正极材料及催化剂研究情况，分析了正极材料的结构、组成及催化活性对锂空气电池放电容量、稳定性及循环性能的影响，探讨了固体催化剂与可溶性催化剂在降低充电过电位、提高锂空气电池的稳定性与循环性能方面的作用，阐述了正极对锂空气电池性能的重要性及研究所面临的挑战。关键词锂空

2、气电池正极材料催化剂中图分类号：ＴＱ１５２；ＴＭ９１１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．０７．００４ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＰｏｓｉｔｉｖｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＣａｔａｌｙｓｔｓｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＬｉ－ＡｉｒＢａｔｔｅｒｙａｎｄＲｅｌａｔｉｖｅＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓＬＵＯＺｈｉｈｏｎｇ，ＺＨＡＯＹｕｚｈｅｎ，ＧＵＯＪｕｎ，ＬＵＯＫｕｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵ

3、ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４）ＡｂｓｔｒａｃｔＬｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｙｈａｓｃａｕｓｅｄｗｉｄｅｐｕｂｌｉｃｃｏｎｃｅｒｎｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ．Ｈｅｒｅｉｎ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｃａｔａｌｙｓｔｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｃａｔａ

4、ｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｙｃｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｏｌｉｄａｎｄ／ｏｒｓｏｌｕｂｌｅｃａｔａｌｙｓｔｓｏｎｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃｈａｒｇｅｏｖｅｒ－ｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｅｌｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｙｃｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｒｅ

5、ａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｓａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ，ｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｎｂａｔｔｅｒｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅｍａｉｎｅｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｃｈａｌｌｅｎｇｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｉｅｓａｒｅｅｘｐｏｕｎｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｌｉｔｈｉｕｍ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｙ，ｐｏｓｉｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃａｔａｌｙｓｔ等极性基团的酯、醚、砜、腈、酰胺等为溶剂［７］，ＬｉＣ

6、ｌＯ、ＬｉＰＦ、４６０引言ＬｉＢＦ６等锂盐为电解质制成电解液，电解液配方对放电容量随着石油、煤炭等化石资源的日益匮乏以及环境污染的有明显影响［８］。有机体系的优点是氧溶解度高、对锂腐蚀日益加重，新型绿色能源的开发和利用成为人类社会发展的小、电池结构简单、可操作性好，缺点是放电产物为固体（锂当务之急。大力发展具有高功率密度和能量密度的能源体氧化物如Ｌｉ２Ｏ和Ｌｉ２Ｏ２），容易阻塞空气正极，且锂氧化物中系及材料势在必行［１，２］。金属－空气电池的负极为电活性金只有Ｌｉ能在充电过程中分解，电池循环性能较差。２Ｏ２属，正极

7、为多孔结构气体电极，一般作为反应的“场所”而不［４］表１金属空气电池的特性直接参与反应，正极活性物质为空气中的氧，并不存储于电［４］Ｔａｂｌｅ１Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｅｔａｌ－ａｉｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ池中。金属－空气电池具有大的比容量和比能量，其中锌空气金属空气电池理论开路电位理论能量密度／（Ｗｈ·ｋｇ－１）电池已经得到商业化应用［３］。表１列出几种常见的金属空Ｌｉ／Ｏ２２．９１１１４００气电池的理论开路电压和能量密度。其中，锂空气电池的理Ｎａ／Ｏ２１．９４２２６０论能量密度高达１１４００Ｗｈ·ｋｇ－

8、１，远高于其它金属空气电Ｃａ／Ｏ２３．１２４１８０池，可与石油相媲美，因此成为近年来的研究热点。Ｍｇ／Ｏ２２．９３６４６２一般地，锂空气电池由锂（或锂合金）片负极、空气正极、Ｚｎ／Ｏ２１．６５１３５０隔膜和电解液组成。根据电解质体系不同，可分为有机体［５］，详见图１。［９］，可避免系、水系、混合体系和全固态电解质体系４种水系锂空气电池的放电产物为水溶性ＬｉＯ