[發明專利]一種制備水體系鋰空氣電池的方法

有效

• 申請號: 201110370158.4
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN103123998A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 吳生先;喬貞美;張會平;李志華;任曉玲;余修濤;李峰
• 申請（專利權）人: 北汽福田汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M4/02;H01M4/90
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉

1.一種制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，包括以下步驟：

制備空氣正極層；

制備復合負極層；以及

在惰性氣氛中，依次將所述復合負極層、水系電解質層、所述空氣正極層組裝成水體系鋰空氣電池，

其中，所述制備復合負極層包括在鋰電極層上設置保護層，且所述保護層與所述空氣電極層相對設置。

2.根據權利要求1所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述在鋰電極層上設置保護層具體包括：

a-1)在所述鋰電極層上設置固體電解質層；以及

a-2)在所述固體電解質層上設置疏水保護層。

3.根據權利要求2所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述固體電解質層中含有通式Li_aPO_bN_cT_d表示的摻雜過渡金屬元素的氮化磷酸鋰，其中，2.6≤a≤3.0，3.0≤b≤4.0，0.1≤c≤0.6，0.01≤d≤0.50。

4.根據權利要求3所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述T為選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ru、Ag、Ta、W、Pt及Au的至少1種過渡金屬元素。

5.根據權利要求4所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述步驟a-1)具體包括：在氮氣氣氛中，采用磁控濺射法，對所述鋰電極層的表面同時濺射Li₃PO₄靶和過渡金屬元素靶，以在所述鋰電極層上設置所述固體電解質層。

6.根據權利要求2所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述疏水保護層中含有具有NASICON型結晶結構的高鋰離子導電性陶瓷材料Li_1+x+yAl_xM_2-xSi_yP_3-yO₁₂，其中M為Ti、Ge或Zr中的一種或多種，0.1≤x≤0.5，0.1≤y≤0.5。

7.根據權利要求2所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述步驟a-2)具體包括：

a-2-1)將正硅酸四乙酯TEOS、Al₂O₃、MO₂、NH₄H₂PO₄、Li₂CO₃混合均勻后在其中并加入粘結劑，得到預混陶瓷漿料，所述MO₂表示TiO₂、GeO₂或ZrO₂中的一種或多種；

a-2-2)在壓力機下將所述預混陶瓷漿料壓在所述固體電解質層上以形成陶瓷坯體；以及

a-2-3)在氮氣氣氛中，在500-700℃的溫度下保持5-15個小時，以便在所述固體電解質層上形成所述疏水保護層。

8.根據權利要求7所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述粘結劑的含量為所述預混陶瓷漿料總量的1-5wt％。

9.根據權利要求1所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述制備空氣正極層具體包括以下步驟：

b-1)在多孔鋁箔基底上設置由多孔聚四氟乙烯薄膜構成的空氣擴散層；和

b-2)在所述空氣擴散層上設置由復合材料構成的空氣電極層，所述復合材料中含有碳載體和氧催化劑。

10.根據權利要求9所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述步驟b-1)包括：

b-1-1)將所述多孔鋁箔基底用丙酮進行清洗，此后用蒸餾水清洗3-5次并烘干；

b-1-2)在經過清洗的所述多孔鋁箔基底上設置所述多孔聚四氟乙烯薄膜。

11.根據權利要求9所述的制備水體系鋰空氣電池的方法，其特征在于，所述步驟b-2)包括：

b-2-1)用乙烯氰作為溶解質將所述復合材料與粘結劑混合均勻，得到混合漿料；和

b-2-2)將所述混合漿料涂覆在所述多孔聚四氟乙烯薄膜的上方并烘干，所述涂覆方法包括旋涂法或噴霧法。