[發(fā)明專利]一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410146107.7
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103943802A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱永明;胡會利;史海浩;阮澤文;于元春
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰空氣電池及金屬空氣電池正極的防水透氣膜的制備方法。?

背景技術(shù)

隨著21世紀(jì)能源危機的到來，鋰空氣電池因其極高的能量密度受到了人們的廣泛關(guān)注和研究。而鋰空氣電池的容量在很大程度上受到正極結(jié)構(gòu)的限制，由于正極通孔的存在，使得空氣中除了活性物質(zhì)-O₂通過外，H₂O和CO₂等雜質(zhì)也會通過氣孔而進入電池內(nèi)部，和負(fù)極傳輸?shù)秸龢O的Li^＋反應(yīng)，產(chǎn)生LiOH、Li₂CO₃等鋰的化合物。這不僅會降低電池的容量，而且還會因為LiOH、Li₂CO₃等鋰的化合物無法有效分解，堆積在電池正極端，造成空氣正極的堵塞，增大電池的極化，從而限制了電池的循環(huán)性能。另外，電解液也會通過正極通孔逐漸揮發(fā)，導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻增加，甚至出現(xiàn)斷路等問題。?

正是由于上述問題，目前鋰空氣電池的研究成果大部分在純氧環(huán)境中取得。這在很大程度上限制了鋰空氣電池在實際環(huán)境中的推廣和應(yīng)用。所以在鋰空氣電池實際使用過程中，研究開發(fā)一種能夠防水透氣的正極隔膜十分重要。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是：用N-甲基吡咯烷酮(NMP)將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，得到聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮的透明溶液。然后將石墨、乙炔黑以及硫酸鈉(Na₂SO₄)加入上述溶液中，攪拌12?h，得到制膜漿料。在室溫條件下將制膜漿料緩慢倒入成膜器中，鋪平。然后將成膜器放入真空干燥箱中，確保水平放置，在一定溫度下恒溫干燥即可得到防水透氣膜。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述聚偏氟乙烯(PVDF)可以用等質(zhì)量的聚四氟乙烯(PTFE)代替。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏氟乙烯的濃度為50~200g/L。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中石墨與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.125~0.6。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中乙炔黑與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.0625~0.125。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中硫酸鈉(Na₂SO₄)與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.0625~0.125。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述成膜器中漿料的厚度是0.2~0.8?g/cm²。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述干燥的溫度是70~140℃。?

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述干燥的時間是5~15h。?

本發(fā)明方法以聚氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、乙炔黑和硫酸鈉(Na₂SO₄)為原料，采用濕法成膜法，通過控制原料的濃度，干燥過程中的漿料質(zhì)量、干燥溫度、時間等條件制備出具備防水透氣性能的薄膜。本發(fā)明的制備方法工藝過程簡單，所得薄膜韌性、強度適中，防水透氣性能良好，適合用于鋰空氣電池正極防水透氣膜，并能達到優(yōu)良的實驗及使用效果。?

附圖說明

圖1是采用實施例2所制備的防水透氣膜組裝的鋰空氣電池在大氣環(huán)境中的充放電測試圖。?

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步說明。?

實施例1?

以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，將5?g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100?mL濃度為50?g/L的溶液，向溶液中添加1?g石墨，0.5?g乙炔黑以及0.4?g硫酸鈉(Na₂SO₄)，電磁攪拌12?h制備得到成膜漿液。向成膜器中以0.2?g/cm²的厚度倒入成膜漿液，在70℃干燥5?h，得到黑色較薄的防水透氣膜。

實施例2?

以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，將10?g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100?mL濃度為100?g/L的溶液，向溶液中添加4?g石墨，0.8?g乙炔黑以及0.8?g硫酸鈉(Na₂SO₄)，電磁攪拌12?h制備得到成膜漿液。向成膜器中以0.5?g/cm²的厚度倒入成膜漿液，在100℃干燥10?h，得到黑色厚度適中的防水透氣膜。

實施例3?