[發明專利]一種以過氧化氫為添加劑的鋰-氧氣電池電解液的制備方法

有效

• 申請號: 201710412766.4
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107317051B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 周豪慎;何平;楊思勰;吳士超;喬羽
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一種以過氧化氫為添加劑的鋰?氧氣電池電解液的制備方法，屬于鋰空氣電池領域。包括以下步驟：（1）將鋰鹽真空干燥后與有機溶劑混合并攪拌至形成均一溶液；（2）將過氧化氫水溶液或純過氧化脲晶體與步驟(1)所配溶液混合均勻得到含有過氧化氫的鋰?氧氣電池電解液。本發明所述電解液可以在正極不使用貴金屬催化劑的條件下將鋰氧氣電池的充電過電壓降低至0.5 V左右，并使電池可以在充放電固定比容量的條件下循環50圈以上，顯著地提高了電池的能量效率和循環壽命。通過添加過氧化脲的方式來引入過氧化氫，克服了采用過氧化氫水溶液來向電解液中添加過氧化氫會讓引入水分影響電池壽命的這一技術難點，具有制備方法操作簡單、成本低廉的優勢。

技術領域

本發明屬于鋰空氣電池領域，具體涉及一種以過氧化氫為添加劑的鋰-氧氣電池電解液的制備方法。

背景技術

鋰-氧氣電池由鋰金屬負極、隔膜、電解液和氧氣正極（一般為碳材料）組成，理論能量密度可達3500 Wh/Kg，能夠極大地滿足大型能量存儲設備和電動汽車市場的需求。但是鋰-氧氣電池充電過程中不能完全分解放電產物過氧化鋰，從而使得充電過電壓升高，引起諸如電解液分解，電池庫倫效率降低，電池循環壽命短等問題。

采用高效催化劑催化過氧化鋰的分解是有效降低鋰-氧氣電池充電電壓的方法。近年來有很多研究者成功制備了負載貴金屬/金屬氧化物催化劑的碳材料正極，將鋰-氧氣電池的充電電壓降低到3.5V，但是始終無法突破3.5V這個極限。最近有研究者發現通過Super P負載MnO₂和Ru正極，并在DMSO電解液中添加100 p.p.m.的水，可以使放電產物轉化為LiOH，并且使充電電壓降低到3.2 V [Li, F. et al. The water catalysis at oxygencathodes of lithium-oxygen cells. Nat.Commun. 6, 7843 (2015)]。但是由于正極負載了一定質量的催化劑，該電池依然存在催化劑催化電解液分解和能量密度低的缺點。而對于使用不負載催化劑的碳材料作為正極的鋰-氧氣電池，雖然能量密度較高，但是充電電壓高達4.2V，大大降低了電池的庫倫效率。本發明制備出的添加過氧化氫鋰-氧氣電池電解液并將其用于鋰-氧氣電池中，正極可使用不負載催化劑的純碳材料，不僅大大降低了電池充電電壓，提高了電池的庫倫效率和循環壽命，同時也提高了電池的能量密度。

發明內容

解決的技術問題：針對上述現有技術中存在負載催化劑的正極碳材料中存在催化劑電解液分解和能量密度低，不負載催化劑的碳材料作為正極的鋰-氧氣電池，雖然能量密度較高，但是充電電壓高達4.2V，大大降低了電池的庫倫效率等問題，本發明提供一種以過氧化氫為添加劑的鋰-氧氣電池電解液的制備方法，可用于鋰空氣電池中，具有簡單高效，電化學性能優異、提高電池的庫倫效率、循環壽命和能量密度等特點。

技術方案：一種以過氧化氫為添加劑的鋰-氧氣電池電解液的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

（1）將鋰鹽在60~90℃條件下真空干燥12~48小時，將干燥后的鋰鹽與有機溶劑混合并攪拌至形成均一溶液，攪拌均勻后溶液中鋰鹽的濃度為0.5-1.5 mol/L；

（2）將濃度為10wt.%~80wt.%的過氧化氫水溶液或純過氧化脲晶體與步驟 (1) 所配溶液混合均勻得到含有過氧化氫的鋰-氧氣電池電解液，所述過氧化氫水溶液與步驟（1）所配溶液的質量比為0.1~0.5:1，所述純過氧化脲晶體與步驟 (1) 所配溶液的質量比為0.03~0.15:1。

作為優選，所述步驟（1）中鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰和高氯酸鋰中的至少一種。

作為優選，所述步驟（1）中有機溶劑是四乙二醇二甲醚、二甲基亞砜和乙二醇二甲醚中的至少一種。

作為優選，所述步驟（1）中鋰鹽在80 ℃條件下真空干燥24 h。

作為優選，所述步驟（1）攪拌均勻后溶液中鋰鹽的濃度為1 mol/L