[發明專利]一種鋰空氣電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210110018.8
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102637922A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 歐彥楠;李長東;余海軍
• 申請（專利權）人: 佛山市邦普循環科技有限公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚志強

技術領域

本發明涉及一種鋰空氣電池的制備方法。

背景技術

隨著化石能源的日漸消耗和能源需求的日益增長，對新型能源材料的研究開發迫在眉睫。電能早在上個世紀普及應用，電池是使用電能的常用工具之一，現在研究和應用比較廣泛的是鋰離子電池。由于鋰離子電池能量密度高，使用壽命長，自放電率低和無記憶效應等優點，鋰離子電池正受到世界科學家的關注。但目前商業化的鋰離子電池主要還是基于LiCoO₂等鋰離子嵌層化合物的搖椅機理，正極材料成為鋰離子電池能量密度的限制，極限能量密度只能達到400Wh/Kg，所以，鋰離子電池難當重任，尋找新的電化學電源途徑勢在必行。

鋰空氣電池的研究應運而生，它以金屬鋰為負極，由碳基材料組成的多孔電極為正極，放電過程中，金屬鋰在負極失去電池成為鋰離子，電子通過外電路到達多孔正極，將空氣中的氧氣還原，這一反應持續進行，電池便可以向負載提供能量。充電過程正好相反，在充電電壓的作用下，放電過程中產生的放電產物首先在多孔正極被氧化，重新放出氧氣，鋰離子則在負極被還原成金屬鋰，待該過程進行完全，則電池又可重新向負載提供能量。由此可見，鋰空氣電池在整個充放電過程中不會產生對環境有害的物質，完全是零污染的綠色過程。

鋰空氣電池的另一個重大優勢就是正極的活性物質氧氣是直接來源于周圍空氣，因而是取之不盡用之不竭的，并且不需要儲存在電池內部，這樣既降低了成本又減輕了電池的重量，所以電池的能量密度完全取決于金屬鋰一側。通過理論計算可以得出，鋰空氣電池的能量密度可以達到13200Wh/Kg的超高理論能量密度，這一能量密度足以和汽油相媲美，從而有望完全代替汽油，真正實現純電動汽車。

鋰空氣電池有著巨大的應用潛能，但是目前研究尚未成熟，仍存在許多關鍵技術點有待研究解決。例如，以空氣中的氧氣作為正極活性物質，必然要求正極材料能夠有利于氧氣分子快速擴散，與電池的電子快速反應。又如，傳統鋰離子電池采用有機電解液，表面張力會使親油性的空氣電極被電解液淹沒，不利于形成擴散電極，導致放電時氧氣供應不足，降低電池循環性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰空氣電池的制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種鋰空氣電池的制備方法，包括以下步驟：

1）將Al₂O₃、Li₂O、GeO₂、P₂O₅按1:（2.5-3.5）:（5.5-6.5）:（5.5-6.5）的摩爾比混合，熔化，磨粉，燒結，得到粉末；

2）將25-50wt%的乙炔黑、50-75wt%的上步得到的粉末和聚合物介質混合于水中，攪拌均勻，涂于鎳基材的兩面，并將鎳基材夾在兩塊不銹鋼板之間，壓平，干燥，保護氣氛下燒結，得到空氣正極；

3）將Al₂O₃、Li₂O、GeO₂、P₂O₅按1:(2.5-3.5):(5.5-6.5):(5.5-6.5)的摩爾比混合，熔化，磨粉，然后壓平，燒結，得到第一薄膜；

4）將18-25wt%的鋰鹽電解質、8-16wt%的氮化硼、余量的聚氧化乙烯混合，球磨，熱壓至200-400μm，得到第二薄膜；

5）將18-25wt%的鋰鹽電解質、8-16wt%的Li₂O、余量的聚氧化乙烯混合，球磨，熱壓至200-400μm，得到第三薄膜；

6）將第一薄膜夾在第二薄膜和第三薄膜之間，壓至800-1000μm，得到固態電解質；

7）將空氣正極與固態電解質的第二薄膜連接；

8）在金屬鋰負極的覆蓋一層鋁箔，再將金屬鋰負極另與固態電解質的第三薄膜連接；

9）組裝正負電池外殼、密封圈、防水透氣膜。

步驟1）中，熔化溫度為1200-1400℃。

步驟1）中，燒結溫度為800-1000℃。

步驟2）中，保護氣氛為He、Ne、Ar中的一種。

步驟2）中，所述的聚合物介質為聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚砜中的一種。