[發明專利]一種鋰-空氣或鋰-氧氣電池用電極結構及其制備和應用

無效

• 申請號: 201210514445.2
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103855409A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 張華民;張益寧;李婧;王美日;聶紅嬌;王倩
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種鋰-空氣或鋰-氧氣電池用電極結構，其特征在于：所述電極是以碳材料、或碳材料與催化組分構成的復合體作為基體材料，其中催化組分占基體材料總質量的3-50%；在電極中均勻分布有大孔孔道結構，所述大孔孔道的孔徑為0.5-5um，孔間距0.5-5um，孔容0.5-5cm³/g，占電極總孔容的20-50%；大孔孔道通過其余孔道交錯貫通，其余孔道為孔徑為1nm-500nm和孔徑為5um-20um的孔道。

2.根據權利要求1所述的電極結構，其特征在于：所述碳材料為粒徑在10-100nm的KB600、KB300、BP2000、XC-72、Acetylene?black、Alkaline-activated?carbon、碳氣凝膠或碳干凝膠中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的電極結構，其特征在于：所述催化組分為氮、硼、金屬X或金屬X的氧化物中的一種或多種，其中X包括Pt、Au、Pd、Mn、Zr、Co、Cr、Fe、Ni、Cu、Ir、Ru、Rh、Os、Ti、Sn、V、Mo、Se中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的電極結構，其特征在于：所述電極由基體材料和粘結劑組成，粘結劑所占的質量分數為10-30%。

5.一種如權利要求1所述電極結構的制備方法，其特征在于，所述電極按如下過程制備而成，

1）將基體材料與粘結劑共混于溶劑中，其中粘結劑占基體材料和粘結劑總質量分數的為2-8%，基體材料與粘結劑組成的固體物質與溶劑比例為1-10mg固體/ml溶劑；于40-80攝氏度下烘干，后在300-360攝氏度N₂或Ar惰性氣氛保護下熱處理1-4小時，形成材料聚集體；

2）將材料聚集體再次與粘結劑共混于溶劑中，得到電極漿料，固體物質與溶劑比例為10~200mg固體/ml溶劑；采用刮涂、噴涂或輥壓的方式，制備得到片狀電極，于40-80攝氏度烘干制得電極；

電極漿料中粘結劑總質量占電極漿料中固體物質的質量分數為10-30%，粘結劑總質量包括材料聚集體中的粘結劑和再次加入的粘結劑的質量。

6.一種如權利要求1所述電極結構的制備方法，其特征在于，所述電極還可按如下過程制備而成，

1）將基體材料與導電碳材料機械混合，得混合物；其中導電碳材料為粒徑0.5-10um的導電炭黑和/或石墨，其質量分數為5-30%；

2）將混合物與粘結劑共混于溶劑中得到電極漿料，其中粘結劑質量占電極漿料中固體物質的質量分數為10-30%，固體物質與溶劑比例為10-200mg固體/ml溶劑；將電極漿料采用刮涂、噴涂或輥壓的方式，制得片狀電極，于40-80攝氏度下烘干制得電極。

7.根據權利要求5或6所述電極結構制備方法，其特征在于，所述粘結劑為PTFE或PVDF，

采用PTFE作為粘結劑，溶劑為醇、水或醇水混合液，醇水混合液中醇與水質量比為1:4~4:1；

或，采用PVDF作為粘結劑，溶劑為N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、碳酸三乙酯、二甲基亞砜或丙酮中的一種或多種。

8.根據權利要求7所述電極結構的制備方法，其特征在于：所述醇包括乙醇、異丙醇、乙二醇或丙三醇中的一種或多種。

9.一種權利要求1、2、3或4所述電極結構的應用，其特征在于：所述電極作為鋰-空或鋰-氧氣電池正極使用。