[發(fā)明專利]一種鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極及其制備方法

有效

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• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN103474671A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅仲寬;王芳;梁春生;徐揚(yáng)海;陳靜;劉東
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/86
• 分類號(hào): H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 深圳市恒申知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44312
• 代理人: 陳健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，與鋰空氣電池密切相關(guān)的常規(guī)電池有氫氧燃料電池、鋰離子電池和金屬空氣電池等幾類高能電池。氫氧燃料電池的發(fā)展由于貴金屬催化劑成本高、氫氣不易儲(chǔ)存而無法大規(guī)模推廣。鋰離子電池已逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)在已經(jīng)是用于手機(jī)、電腦等便攜電子器件的主要電源，并廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車、醫(yī)療器械等很多領(lǐng)域。鋰空氣電池的正極活性物質(zhì)是直接來源于周圍空氣的氧氣，因而是取之不盡用之不竭的，并且不需要儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，這樣既降低了成本又減輕了電池的重量，有著將近鋰離子電池100倍的超高能量密度，這一能量密度足以和汽油相媲美，從而有望減少化石燃料的使用、進(jìn)而減少溫室氣體排放，真正實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車；這一特性也使得鋰空氣電池在電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域也極有吸引力，如果將其用于存儲(chǔ)風(fēng)能和太陽能，將大大促進(jìn)新能源的發(fā)展。

目前鋰空氣電池存在的主要問題有：正極的極化、氧氣傳輸困難、有機(jī)電解質(zhì)溶劑及電解質(zhì)鹽的分解等，使得鋰空氣電池庫倫效率低和循環(huán)性得不到提高?，F(xiàn)有技術(shù)中通常選擇鋁網(wǎng)、泡沫鎳、多孔陶瓷片等作為多孔導(dǎo)電基體，而集流體會(huì)選用鎳網(wǎng)或者不銹鋼網(wǎng)。這類鋰空氣電池在循環(huán)性能上比結(jié)構(gòu)優(yōu)化前大大提高，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高、庫侖效率低，無法滿足商業(yè)使用。另外，采用鎳網(wǎng)和不銹鋼網(wǎng)作為集流體，電池充放電時(shí)存在與電解液發(fā)生反應(yīng)的可能性，破壞了電池穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極及其制備方法，以有效解決當(dāng)前鋰空氣電池的穩(wěn)定性及循環(huán)性能不高的問題。

解決本發(fā)明技術(shù)問題的一種技術(shù)方案是：提供一種鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極，其包括碳紙集流體及碳紙集流體上的涂覆層，所述涂覆層包括多孔導(dǎo)電碳、過氧化鋰、聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的質(zhì)量為涂膜材料質(zhì)量的5%～10%。

本發(fā)明還提供一種鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極的制備方法，包括以下包括：第一步，將多孔導(dǎo)電碳和過氧化鋰混合研磨，得到碳過氧化鋰混合物；

第二步，將所述碳過氧化鋰混合物與聚四氟乙烯再混合后分散到N-甲基吡咯烷酮中，在40℃～80℃條件下加熱共混，形成混合涂膜漿料；所述碳過氧化鋰混合物與聚四氟乙烯的質(zhì)量比為9～18:1；

第三步，將所述混合涂膜漿料涂膜到碳紙集流體的一側(cè)，烘干N-甲基吡咯烷酮，即得鋰空氣電池用碳-過氧化鋰正極。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一到步驟三在空氣濕度低于70%的環(huán)境中進(jìn)行。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一中所述的研磨時(shí)間大于4個(gè)小時(shí)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一中所述過氧化鋰的含量為混合物質(zhì)量的20%～60%。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中所述N-甲基吡咯烷酮分散劑的體積為碳、過氧化鋰、聚四氟乙烯三者體積總和的3～5倍。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟二中所述加熱共混是在磁力加熱攪拌器中進(jìn)行，加熱時(shí)間為3～6小時(shí)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟三中所述涂膜是在使用強(qiáng)風(fēng)加熱并在自動(dòng)涂膜烘干機(jī)的推動(dòng)下以每秒10-15mm的速度進(jìn)行。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述涂膜厚度為50-150μm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟四中所述烘干反應(yīng)的烘干溫度為60℃～80℃，烘干時(shí)間為3～5小時(shí)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，利用碳紙的多孔性、導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，用其作為鋰空氣電池的集流體和正極材料，不僅避免了充電電壓在4.2V之后集流體的腐蝕，同時(shí)降低了正極片的阻抗。其次，過氧化鋰作為放電產(chǎn)物和活性物質(zhì)，能有效促進(jìn)放電產(chǎn)物的結(jié)晶，以及彌補(bǔ)充電時(shí)活性物質(zhì)的不足，達(dá)到促進(jìn)充放電反應(yīng)順利進(jìn)行的目的，與多孔碳材料協(xié)同作用，大大提高了鋰空氣電池的穩(wěn)定性、循環(huán)性和實(shí)用性。最后，本發(fā)明的制備工藝簡單，便于推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例6所制得的正極片表面掃描電鏡圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例4組裝電池的500次充放電循環(huán)比容量-電壓圖

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的充放電循環(huán)比容量-電壓圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的充放電循環(huán)比容量-電壓圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的充放電循環(huán)比容量-電壓圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例4的充放電循環(huán)比容量-電壓圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例5的充放電循環(huán)比容量-電壓圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例6的充放電循環(huán)比容量-電壓圖。