[發(fā)明專利]一種過氧化鋰電極及其制備方法和應用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201611050963.8
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN108110384A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 程杰;申亞舉;楊裕生
• 申請（專利權(quán)）人: 張家港智電芳華蓄電研究所有限公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 汪青;周敏

本發(fā)明涉及一種過氧化鋰電極及其制備方法和應用，過氧化鋰電極包括基板、沉積在所述的基板中的過氧化鋰，所述的基板包括導電骨架、形成在所述的導電骨架上的多孔層，所述的導電骨架為金屬材質(zhì)。本發(fā)明所涉過氧化鋰電極制備方法具有工藝簡單、成本低、污染少的特點，避免了傳統(tǒng)鋰氧電池或者鋰空氣電池中氧電極碳載體及催化劑腐蝕損失、極化大等問題，同時成本低、易于規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于電化學工程與工業(yè)裝置領域，特別涉及電池生產(chǎn)技術(shù)領域的一種過氧化鋰電極及其制備方法，可作為正極用于鋰氧電池或鋰空氣電池體系中。

背景技術(shù)

現(xiàn)代社會對煤和石油等礦物能源的需求巨大，造成溫室效應和日漸嚴重的空氣、生態(tài)環(huán)境的污染，對我們賴以生活的地球家園構(gòu)成了較為嚴峻的威脅。大力發(fā)展風能、太陽能等可再生能源是實現(xiàn)我國能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。而可再生能源發(fā)電具有時差性和不穩(wěn)定性，需要規(guī)模蓄電技術(shù)來解決可再生能源的不穩(wěn)定性問題。

化學蓄電池是電動工具、電動車、電網(wǎng)等儲能的重要手段，是正在發(fā)展的儲能技術(shù)，是智能電網(wǎng)、智能微網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術(shù)之一。電池具有良好的電性能，且容易做到環(huán)保清潔無污染，因此競爭力很強，應用前景非常廣闊。

金屬空氣電池是化學蓄電池的重要分支，其以金屬負極儲存能量，正極空氣是取之不盡的，這樣也就帶來了巨大的比能量。而以金屬鋰做為負極，空氣電極做為正極的鋰氧電池/鋰空氣電池開路電壓為2.91V，理論能量密度為5200Wh/kg，當氧氣由外界環(huán)境提供時，電池本體的能量密度可達1000Wh/kg以上，能量密度遠高于目前的鋰離子電池，也遠高于甲酸、甲醇等燃料電池的能量密度。

目前，鋰空氣電池還處于起步階段，2006年P.G.Bruce首次報導了具有良好循環(huán)性能的鋰空氣電池(Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(4):1390-1393)，使鋰空氣電池有望成為新一代的二次電池。鋰空氣電池按其構(gòu)造和原理，主要分為三類：有機體系、有機-水混合體系、固態(tài)體系。其中有機體系由于具有較高的能量密度、結(jié)構(gòu)簡潔，且可利用鋰離子電池技術(shù)、溶劑與反應無關等特點，而受到重視。有機體系鋰空氣電池主要由金屬鋰負極、含有可溶性鋰鹽的有機電解液以及空氣電極(即正極，通常主要由高比表面積的多孔碳組成)所構(gòu)成。

有機體系鋰空氣電池放電時，在負極上發(fā)生氧化反應：Li→Li++e-，而在正極上Li+與O2反應生成過氧化鋰(Li2O2)或氧化鋰(Li2O)：

2Li+O2→Li2O2 E0= 2.96 V vs. Li/Li+

4Li+O2→2Li2O E0= 2.91 V vs. Li/Li+

催化劑及足夠高的充電電壓存在時，上述反應將是可逆的，并在充電時正極上發(fā)生析氧反應、負極沉積金屬鋰。因此，有機體系可以實現(xiàn)鋰空氣電池的再充電。有機體系鋰空氣電池放電到2.0V生成過氧化鋰，充電到4.5V以上過氧化鋰可完全消失，充電過電位較高，體系的能量效率低(僅約60%)。