[發明專利]以含氮碳擔載納米硼鋰合金為陽極材料的鋰氧電池

有效

• 申請號: 201611133520.5
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN106784764B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 李睿;劉賓虹;李洲鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M12/08;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

1.一種鋰氧電池的陽極材料的制備方法，其特征在于，該陽極材料是含氮碳擔載納米硼鋰合金，并通過下述步驟制備獲得：

(1)在球磨罐中按質量比4∶2∶1加入單水葡萄糖、尿素和偏硼酸鋰，以轉速700rpm球磨混合2小時，制得含氮碳擔載納米硼鋰的前驅體；

(2)將所得含氮碳擔載納米硼鋰的前驅體在氮氣氛下110℃加熱2小時后，抽真空；升溫至440℃保溫8小時，再升溫至900℃保溫2小時，三次升溫的速度均為10℃/min；然后冷卻至室溫，得到含氮碳擔載納米硼鋰合金。

2.利用權利要求1所述方法中獲得的陽極材料制備鋰氧電池陽極的方法，其特征在于，包括步驟：

(1)按質量比85∶10∶100稱取含氮碳擔載納米硼鋰合金、乙炔黑，以及質量濃度5wt％的Nafion溶液；

(2)將含氮碳擔載納米硼鋰合金、乙炔黑、Nafion溶液混合、研磨，調制成膏狀后涂敷到碳紙上；陰干后在100Kg/cm²的壓力下壓制成型，得到鋰氧電池陽極。

3.一種鋰氧電池，其特征在于，該鋰氧電池是以涂覆了陰極材料和陽極材料的碳紙作為陰極和陽極，陰極和陽極均以涂覆側相向與隔膜共同組成單電池結構；該電池按陽極板、陽極、隔膜、陰極、陰極板的順序排列組成電池結構；其中，陰極板和陽極板上設置進出口通道與極板內流路相連，進口通道在下，出口通道在上，陰極板和陽極板的電極側均刻有流路；多孔的陰極涂覆層內部充滿陰極液，陰極液為LiOH水溶液；多孔的陽極涂覆層內部充滿陽極液；隔膜既隔斷兩個電極，也隔斷陰極液和陽極液的接觸，陰、陽極板由密封圈密封；

所述陰極液是摩爾濃度5mol/L的LiOH水溶液；所述陽極液以Li[CF₃SO₂)₂N]為溶質，二氧戊環和乙二醇甲醚的混合物為溶劑，二氧戊環和乙二醇甲醚的體積比為1∶1，一升陽極液中含一摩爾Li[CF₃SO₂)₂N]；

所述陽極是通過權利要求2所述方法制備獲得的；

所述陰極通過下述步驟制備獲得：

(1)將質量比為45∶55的NaCl和KCl加入球磨罐，轉速700rpm下球磨1小時，700℃加熱2小時，冷卻至25℃，得到NaCl-KCl共晶鹽；

(2)按質量比4∶2∶1∶300向球磨罐中加入單水葡萄糖、尿素、硝酸鈷和上述NaCl-KCl共晶鹽，轉速700rpm下球磨混合2小時，制得石墨烯擔載納米鈷的前驅體；

(3)將得到的前驅體在氮氣氛下升溫至110℃加熱2小時后，升溫至440℃保溫8小時，再升溫至900℃保溫2小時，三次升溫的速度均為10℃/min；然后冷卻至室溫，得到含鹽石墨烯擔載納米鈷；

(4)將含鹽石墨烯擔載納米鈷用蒸餾水清洗掉鹽分后真空干燥，得到石墨烯擔載納米鈷；

(5)按質量比85∶10∶100取石墨烯擔載納米鈷、乙炔黑、質量濃度5wt％的Nafion溶液，混合、研磨，調制成膏狀后涂敷到經憎水處理的碳紙上；陰干后在100Kg/cm²的壓力下壓制成型，得到電極；

(6)將得到的電極浸漬于質量濃度5wt％的Nafion溶液中，取出晾干，在140℃下加熱2小時，得到鋰氧電池的陰極。

4.根據權利要求3所述的鋰氧電池，其特征在于，所述Nafion溶液是質子型全氟磺酸樹脂。

5.根據權利要求3所述的鋰氧電池，其特征在于，所述隔膜是鋰離子化的全氟磺酸樹脂膜，是在質量濃度10wt％的LiOH溶液中煮沸30分鐘后，經離子交換處理的全氟磺酸樹脂膜。

6.根據權利要求3所述的鋰氧電池，其特征在于，所述經憎水處理的碳紙是指在質量濃度30wt％的聚四氟乙烯懸浮液中浸漬后，經140℃熱處理2小時得到的碳紙。