[發明專利]一種有機電解質體系鋰空氣電池直接活化方法

有效

• 申請號: 201711433864.2
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108281723B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 羅志虹;朱廣彬;胡承亮;羅鯤
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H01M10/44
• 分類號: H01M10/44;H01M12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種有機電解質體系鋰空氣電池直接活化方法。（1）金屬鋰片為陽極，溶有0.5～2摩爾/升鋰鹽的有機溶劑為電解質溶液，硼硅酸玻璃纖維或尼龍66為隔膜，陰極為碳材料負載的1cm²碳紙。（2）充放電區間2 V～4.5 V，充放電電流密度1000 mA/g～5000 mA/g，充放電容量1000 mAh/g～5000 mAh/g。（3）充放電區間為2 V～4.5 V。（4）充放電電流密度為100 mA/g～800 mA/g。（5）活化的容量為25 mAh/g～800 mAh/g。（6）活化循環次數為5～40。本發明能達到提高鋰空氣電池循環次數的目的，能顯著提高鋰空氣電池循環壽命。

技術領域

本發明涉及一種有機電解質體系鋰空氣電池直接活化方法。

背景技術

隨著電動汽車市場的擴張，發展電能存儲系統勢在必行，雖然鋰離子電池已經廣泛用于社會各領域，但其比能量密度低，遠不能滿足新能源汽車的動力源。鋰空氣電池比能量遠高于鋰離子電池，甚至可與汽油相媲美，近幾年來成為研究熱門。

鋰空氣電池由金屬鋰陽極、電解質、隔膜和空氣陰極構成。鋰空氣電池的陽極和陰極分別發生Li＝Li⁺+e^-和O₂+2Li⁺+2e^-＝Li₂O₂反應(Adv.Energy Mater.2016,1600751)。目前的研究表明，鋰空氣電池面臨以下問題：金屬鋰在多次的沉積和溶出過程中形成鋰枝晶(ACS Appl.Mater.Interfaces2016,8,8561-8567)，且鋰空氣電池需設計成敞開體系，環境中的水分或者CO₂容易進入電池，與空氣陰極的活性物質O₂造成金屬鋰腐蝕(Adv.Funct.Mater.2016,26,1747–1756)。放電產物Li₂O₂電導率低、難分解，充放電過程動力學緩慢，且不分解的產物導致空氣陰極逐漸被堵塞、充放電過電位升高(Adv.EnergyMater.2017,1602938)。此外，鋰空氣電池的電解質抗放電中間體(O₂^-、LiO₂)氧化性能差，在循環過程中易分解。上述現象最終導致鋰空氣電池循環穩定性差(Electrochem.Commun.,2017,80,16–19)。

為解決上述問題，研究者通過在金屬鋰表面涂覆保護層或保護膜(ACSAppl.Mater.Interfaces2017,9,21307-21313)、制備防水防氣體透過膜(Adv.Mater.2015,27,5241–5247)、構筑多孔電極(Energy Environ.Sci.,2014,7,2213-2219)、設計強化Li₂O₂形成和分解的催化劑(Adv.Mater.,2016,28,9620-9628)、研究液相催化劑(Adv.Mater.2017,1704162)、設計穩定性好的電解質等方式(Adv.Mater.2017,1704378)，改善鋰空氣電池循環穩定性。但這將使鋰空氣電池體系復雜化、成本高、甚至會帶來一些副反應，如催化劑或者液相催化劑加速電解質分解等。如何以盡可能簡單的體系，低成本運行鋰空氣電池，同時使之具有較好的循環穩定性勢必成為今后發展趨勢。

鋰空氣電池在測試前，需要進行活化才可以出現完整的充放電曲線和穩定的充放電平臺。該活化過程可以直接通過充放電循環進行，然而通過大量實驗發現，活化過程可能持續幾十到上百個循環，需要幾天甚至幾個禮拜的時間，且由于活化過程發生正常的電池反應，活化時間太長對于金屬鋰陽極和空氣陰極產生的影響，以及對鋰空氣電池的循環穩定性的影響尚未可知。因而有必要研究鋰空氣電池活化過程，通過改變活化過程的充放電制度，達到縮短活化時間和延長鋰空氣電池壽命的目的。

在本發明中，通過采用低充放電容量和低電流密度活化過程，可使以金屬鋰，隔膜、有機電解質、碳材料組裝的鋰空氣電池體系的循環穩定性大幅度提高。

發明內容