解析新型锂空气电池技术

苏佳　余志敏

[摘 要]本文对锂空气电池电解液的专利申请量、申请区域分布进行了统计分析，然后以五类电解质的技术分支出发，对各类电解液的专利发展状况进行了具体阐述。

[关键词]锂空气电池，电解液

中图分类号：TQ152；TM911 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0069-01

1.锂空气电池电解液技术概述

金属空气电池由金属负极、电解液和空气电极构成，电解液的主要作用在于能够稳定高效地传导Li+和O2[1]。主要分为：有机体系、水体系、离子液体体系、有机-水双体系、全固态体系和凝胶电解质体系[2]。

2.锂空气电池电解液专利技术分析

本节主要以CNAB及VEN数据库中检索结果为样本，检索对象为申请人在2015年1月1日前的专利申请。分析内容包括全球及国内专利申请量趋势、申请布局区域及技术主题方面，从中得到相关的电解液的技术发展趋势。

2.1 全球及国内专利申请状况发展趋势及布局区域分析

图1显示了锂空气电池电解液技术全球专利申请总量随年代变化趋势。全球最早的一项专利申请出现在1978年，随后的十几年内的申请量均没有明显增加，并且可以看出在2006年之间基本上只有国外的专利申请，可见在锂空气电池电解液领域，国外的研究较国内早十几年；在2002年至2008年，锂空气电池电解液技术的全球专利申请出现较小幅度的增长；自2008年至2011年，锂空气电池电解液技术专利申请开始迅速增长，到2011年，申请量达到最高。国内专利申请与全球专利申请发展趋势基本一致，最早的专利申请在2007年，也在2011年申请量出现最高峰。图2反映了全球专利申请量排名前八的国家申请量占总申请量的比重情况，日本占据了42%左右的份额，中美韩紧随其后，中国占比20%，结合图1看出，中国虽然起步晚，但最近几年发展迅速。

2.2 技术主题分析

锂空气电池电解液的不同电解液体系在全球的专利申请量分布如图3所示。可以看出，不同体系的专利申请量分布并不均衡，申请量最多的为有机体系，这主要是因为有机电解液一般是质子惰性溶剂，在反应体系中不能给出质子，因此不会释放H+腐蚀锂负极，又能使阳离子（Li+）溶剂化。全固态体系、水体系也占据较高的份额，分别为20%和19%，其次为离子液体体系，2005年，日本东芝公司的Kuboki等[3]首次将离子液体应用于锂空气电池，隨后离子液体的研究开始成为研究热点。

结语

锂空气电池由于其超高能量密度，使得其在短时间内得到广泛研究，从目前来看，每种电解液体系都有特定的优势，但也都存在瓶颈。单一的有机电解液体系构造简单但可逆性较差；离子液体使用条件较宽，但粘度大、费用较高；全固态体系相对安全，循环性能比其他体系好但与锂离子电池相比仍相差甚远，水系电解液则负极金属的防腐是重要课题。尽管目前的锂空气电池还有诸多缺陷，但它出众的理论能量密度是一个非常诱人的特征，具有潜在的应用前景。

参考文献

[1] Li F， Zhang T， Zhou H. Challenges of non-aqueous Li-O2 batteries： Electrolytes， catalysts， and anodes [J]. Energy Environ Sci， 2013，6（4）：1125；

[2] Adams B D， Black R， Williams Z， et al. Towards a stable organic electrolyte for the lithium oxygen battery [J]. Adv Energy Mater，DOI：10.1002/aenm.201400867；

[3] Kuboki， T. Okuyama， T.； Ohsaki， T.； Takami， N. J. Power Sources 2005， 146， 766.endprint