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但保持其中性状态很不容易。放电生成物LiOH 的溶解度20 ℃时是12.8 g/100 mL,在pH 为14 时溶解度为2.4 g/100 mL，在实际放电时为了得到高容量，LiOH 超过了饱和溶解度，电解液呈强碱性。因此提高LTAP 及作为保护膜陶瓷材料的耐碱性是共同的课题，针对pH 增大的处理办法，必须开发新一代耐碱性保护膜材料，最近Weppner 等报道了石榴石型结构的Li7La3Zr2O12在室温下显示10－4 S·cm－1 的电导率。对金属锂相对稳定，不含磷酸盐因此被期待能否稳定地存在于碱性液中，致使众多研究者对此正进行研究。另一方面，使用LTAP 的情况下，在改进电解液及电池系统上采取改进措施，抑制pH 值的增大，如在电解液中加入HOAc/LiOAc 酸性溶液来解决pH 值的问题。

　　4 复合负极的电化学性能

　　在实验室中研究锂空气电池的锂复合负极电化学性能。构成如下：Li／PEO18LiTFSI-BaTiO3/LTAP/1 mol/L 的LiCl/Pt.空气。

　　复合负极的中间层是添加BaTiO3的聚合物电解质，全部被封装在复合薄膜中，如图2 所示，只在LTAP 薄膜上开一个与电解液的接触口，电解液中使用Li 盐溶液，空气电极使用Pt 电极。图4 显示的是60 ℃时金属锂负极的充放电曲线，开路电压为3.8 V，与一般锂离子电池的相近，开路电压在一个月内没发生变化，表明LTAP 与溶液接触能保持相对稳定。电流密度升至0.5 mA/cm2 电压也没损失，0.1 mA/cm2 的放电过电压为50 mV，充电过电压为20 mV 是可以实用的范围。用同样的电池24 h 长时间以0.5 mA/cm2 放电、充电的试验结果如图5 所示，金属锂负极的比容量为1 124 mAh/g，相当于金属锂理论计算比容量值3 860 mAh/g 的30%。表明此电池即使在长时间充放电情况下也具有稳定的电化学性能。

图4 在不同电流密度下锂电极电压随时间变化曲线

图5 充放电特征曲线

　　最后空气电极也被封装在复合薄膜中，呈一般电池结构及充放电曲线如图6 所示。如图2 所示的实际锂空气电池被假设为电极及电解质呈薄片堆积的形式，空气电极为碳薄片附上微小的铂颗粒，电池的结构发生如下较小的变化，记为：Li/PEO18LiTFSI-BaTiO3/LTAP/HOAc-H2O-LiOAc/Pt 碳。空气在此电解液中使用HOAc 和LiOAc 的混合溶液作为中和放电生成物LiOH，使其溶解防止析出，来提升LTAP 的稳定性。电池的理论比容量是约400 mAh/g，实际得到的比容量是其60%的250 mAh/g。这个电池在LiCl 溶液下的极化电压为100 mV，进行3.4 V 放电，4.2 V 充电，这可推测为空气电极氧气的氧化还原过电压变大的原因。但质量比能量还是比较高的，为850 Wh/kg，加压防止HOAc 挥发的试验结果如图7 所示，循环效率较好，第10 次的循环之后比容量几乎没有减少，这组数据表明水体系锂空气电池以可实用的比容量进行了可逆性充放电。

图6 锂空气电池示意图、电池原形(LTAP 尺寸是10 mm×10 mm)及电池原形充放电性能曲线

图7 充放电曲线图

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关键词： 水体系 锂空气电池