锂空气电池制造技术在航空航天领域的应用研究.pptx

锂空气电池制造技术在航空航天领域的应用研究汇报人：2024-01-29

目录锂空气电池概述航空航天领域对电池技术需求锂空气电池制造关键技术锂空气电池在航空航天领域应用案例面临挑战与未来发展趋势总结与展望CONTENTS

01锂空气电池概述CHAPTER

锂空气电池是一种金属-空气电池，其负极采用锂金属，正极则利用空气中的氧气来产生化学反应从而输出电能。定义在放电过程中，锂金属在负极被氧化成锂离子，释放电子；同时，空气中的氧气在正极与锂离子和电子结合生成氧化锂，从而完成化学能到电能的转换。充电过程则相反，氧化锂分解生成锂离子和氧气，锂离子回到负极得到电子还原成锂金属。工作原理定义与原理

发展历程锂空气电池的研究始于20世纪70年代，但直到近年来才取得显著进展。随着材料科学和电化学技术的不断发展，锂空气电池的能量密度和循环寿命得到了显著提升。现状目前，锂空气电池仍处于实验室阶段，尚未实现商业化应用。然而，由于其具有极高的理论能量密度，被认为是未来电池技术的重要发展方向之一。发展历程及现状

锂空气电池具有极高的能量密度，理论上是现有锂离子电池的数倍；同时，由于正极活性物质来源于空气中的氧气，因此具有成本低、环保等优点。优点锂空气电池面临诸多技术挑战，如正极氧还原和氧析出反应动力学缓慢、负极锂枝晶生长导致短路、电解液分解等问题。此外，锂空气电池的循环寿命和安全性也有待进一步提高。挑战优点与挑战

02航空航天领域对电池技术需求CHAPTER

锂空气电池的理论能量密度远高于传统锂离子电池，满足航空航天领域对高能量密度的迫切需求。通过优化电池结构、改进电极材料和电解质等方面，可以进一步提高锂空气电池的实际能量密度。航空航天器需要高能量密度的电池以提供持续稳定的电力供应。高能量密度需求

航空航天器需要在极端环境下长时间稳定运行，对电池的寿命和可靠性提出严格要求。锂空气电池采用金属锂作为负极材料，具有较高的化学稳定性和较长的循环寿命。通过改进电池制造工艺、优化电池管理系统等措施，可以进一步提高锂空气电池的寿命和可靠性。长寿命与可靠性要求

安全性考虑航空航天领域对电池安全性的要求极高，必须确保电池在极端条件下的安全性能。锂空气电池在充放电过程中可能产生氧气，需要采取特殊的安全措施以防止氧气泄漏和电池热失控等问题。通过研究新型电解质材料、改进电池结构设计、完善电池管理系统等手段，可以进一步提高锂空气电池的安全性能。

03锂空气电池制造关键技术CHAPTER

123选用具有高催化活性和稳定性的催化剂，如贵金属、过渡金属氧化物等，以提高正极反应速率和电池性能。高效催化剂构建具有多孔结构的正极材料，增加反应面积，提高氧气传输效率，从而提升电池的能量密度和功率密度。多孔结构设计通过复合不同材料或进行表面改性，优化正极材料的电化学性能和稳定性，以满足航空航天领域对电池性能的高要求。材料复合与改性正极材料选择与优化

负极表面涂层在负极表面涂覆一层保护膜，如聚合物、无机物等，以减少负极与电解液的直接接触，提高电池的循环寿命和安全性。锂金属负极保护采用锂合金、锂碳复合等负极材料，提高锂金属负极的稳定性，防止锂枝晶生长和电池短路。负极结构设计设计具有特殊结构的负极，如三维多孔结构、核壳结构等，以增加负极的比表面积和反应活性位点，提高电池的能量密度和功率密度。负极材料改进及保护策略

选用具有高离子传导率、低粘度、宽电化学窗口的电解液，如醚类、酯类等有机溶剂，以满足锂空气电池的高性能需求。高性能电解液在电解液中添加适量的添加剂，如锂盐、稳定剂等，以提高电解液的稳定性和电池的性能。添加剂设计根据正负极材料的特性，选择合适的电解液配方和添加剂，以实现电池的高性能、长寿命和安全性。电解液与正负极匹配电解液配方及添加剂设计

04锂空气电池在航空航天领域应用案例CHAPTER

锂空气电池的理论能量密度极高，是传统锂离子电池的几倍甚至十几倍，能够满足无人机长时间、大范围的飞行需求。高能量密度无人机对重量敏感，锂空气电池通过优化电极材料、电解质等关键组件，实现电池系统的轻质化设计，减轻无人机负载。轻质化设计针对无人机快速充电的需求，锂空气电池采用大电流充放电技术，实现短时间内快速充满电，提高无人机出勤率。快速充电技术无人机动力系统应用

长寿命01卫星和空间站需要在轨运行多年，锂空气电池通过改进电极材料和电解质稳定性，延长电池循环寿命，满足长期储能需求。宽温域适应性02太空环境温度变化范围大，锂空气电池通过优化电池结构和热管理系统，实现在宽温域范围内的稳定工作。高安全性03针对太空环境的高辐射、高真空等恶劣条件，锂空气电池采用特殊的防护措施和安全管理机制，确保电池在极端环境下的安全可靠性。卫星和空间站储能系统应用

瞬时大功率输出载人航天器在发射、返回等关键阶段需要瞬时大功率输出