[發明專利]一種鋰空氣電池制備方法及制備的鋰空氣電池

在審

• 申請號: 201610154278.3
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105655632A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 曾秀芳
• 申請（專利權）人: 湖北知本信息科技有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鋰空氣電池及其制備方法。

背景技術

鋰空氣電池具有極高的能量密度，其理論值可達3505Wh/kg(按產物Li2O2的質量計算)，遠遠高于鋰離子電池的能量密度，也高于汽油內燃機的實際能量密度。但是，鋰空氣電池存在的循環穩定性差、壽命短的問題成為阻礙其發展的瓶頸，而其中高穩定性電解液體系是保障鋰空氣電池發生可逆反應和實現長壽命的基礎和關鍵。目前沿用鋰離子電池的碳酸酯類電解液出現嚴重分解，電池的循環實際主要來自于電解液分解造成的副產物的反復形成和分解。一些具有高穩定性的電解液體系如醚類、砜類等改善了鋰空氣電池的循環性能，但仍存在電解液碳基與正極及放電中間產物易發生副反應的問題。同時，隨鋰空氣電池循環次數的增加，以上電解液分解產生的副反應產物Li2CO3不斷增加并沉積在空氣正極的表面上，造成了鋰空氣電池反應活性的退化。可見，鋰空氣電池電解液體系在滿足一般化學電源對電解液的基本要求之外，關鍵還需要達到以下特殊要求：在敞開或半敞開環境下工作時不分解、不揮發、不吸水(疏水)、不發生副反應，抗氧化能力強(存在氧氣和放電中間產物的情況下不被氧化)、具有優異的穩定性；而且循環過程中與正極和負極具有優異的相容性，電流密度均勻，可抑制金屬負極表面枝晶的產生，并有利于正極表面放電產物的分解，減少極化，降低過電勢，提高反應可逆性

與傳統碳酸酯類、醚類等有機溶劑相比，離子液體具有蒸汽壓低、揮發性小、液程寬等優勢，然而，離子液體的種類繁多，可以按照不同陰、陽離子的種類進行組合，理想體系設計和篩選的工作量巨大。而且離子液體作為鋰空氣電池電解液還存在與電極的浸潤性差、極化較嚴重；與電極的接觸不均勻，造成界面電流密度不均勻的問題；同時，低溫電導率不高，限制了工作溫度范圍的拓寬；而且，還需要對金屬負極進行保護以提高循環性能等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鋰空氣電池的制備方法及利用該方法制備的鋰空氣電池，其中采用離子液體-陶瓷復合電解質來制作鋰空氣電池，其避免了電解液揮發而導致電池失效的問題，且離子液體不含碳酸酯官能團與醚鍵官能團，可以有效的避免電解液在充放電過程中生成碳酸鋰的反應，從而可以獲得性能優良的鋰空氣電池。

為實現上述目的，本發明提供一種鋰空氣電池的制備方法，其采用離子液體電解質作為隔開金屬鋰負極與LiSICON膜的電解質，其包括如下步驟：

(1)無水無氧環境中，在負極集流體上放置一層鋰箔，鋰箔的大小不超過銅片；

(2)在鋰箔上放置一層多孔隔膜，并用離子液體電解質浸潤隔膜；

(3)在所述隔膜上方放置一層LiSICON陶瓷電解質膜；

(4)在步驟(3)處理后的器件的邊緣進行封裝，保證金屬鋰負極以及被浸潤的隔膜處于無水無氧環境中；

(5)用離子液體電解質浸潤多孔導電材料，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔導電材料上放置一層鎳網作為集流體，作為正極部分。

作為本發明的進一步優選，所述LiSICON陶瓷電解質膜的大小大于鋰箔。

作為本發明的進一步優選，所述負極集流體為銅片。

為實現上述目的，本發明還提供一種鋰空氣電池的制備方法，其采用LiPON來隔開LiSICON與金屬鋰，其包括如下步驟：

(1)將LiPON使用離子濺射等方式鍍在LiSICON膜的表面；

(2)將金屬鋰直接壓在LiPON表面；

(3)再金屬鋰表面鍍覆銅片作為集流體；

(4)在步驟(3)處理后的器件的邊緣進行封裝，保證金屬鋰負極以及被浸潤的隔膜處于無水無氧環境中；

(5)用離子液體電解質浸潤多孔導電材料，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔導電材料上放置一層鎳網作為集流體，作為正極部分。

作為本發明的進一步優選，所述LiPON層的厚度在一微米左右。

本發明中，使用陶瓷電解質LiSICON來隔開電池的空氣正極與金屬鋰負極，使用離子液體電解質作為正極電解質，使得鋰離子可以到達多孔導電材料表面，與氧氣發生電化學反應。使用離子液體等有機電解質或者對金屬鋰穩定的LiPON(無定形的，氮摻雜的磷酸鋰)電解質來隔開LiSICON與金屬鋰負極。