[發明專利]一種鋰空氣電池的電化學預處理方法

有效

• 申請號: 201811367550.1
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN111200176B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 張濤;孫壯;王浩然
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M10/44
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種鋰空氣電池的電化學預處理方法，是在包括碳基正極、負極、電解液的鋰空氣電池首次工作前在惰性氣氛中進行的電化學預處理方法，包括：（1）將所述鋰空氣電池在室溫下靜置第一預設時間；（2）以第一預設電流對步驟（1）所得鋰空氣電池進行恒流限壓放電；（3）將步驟（2）所得鋰空氣電池靜置第二預設時間；（4）以第二預設電流對步驟（3）所得鋰空氣電池進行恒流限壓充電；（5）將步驟（4）所得鋰空氣電池在預設電壓下進行恒壓限時充電；所述電池電化學預處理方法中，步驟（1）?（5）均在惰性氣氛下進行。

技術領域

本發明涉及鋰空氣電池工作前的預處理方法，尤其涉及一種鋰空氣電池的電化學預處理方法。

背景技術

隨著電動汽車市場化的不斷深入，探索能量密度高于鋰離子電池的二次電化學移動存儲設備變得日益重要；鋰空氣電池的理論能量密度高達3505Wh/kg(氧氣計算在內)，比鋰離子電池體系高出一個數量級，因此，其作為高容量電池而受到廣泛關注。

但二次鋰空氣電池在實際應用中面臨一系列問題，其中正負極材料在超氧根離子環境下和開放環境中的穩定性問題，是制約著鋰空氣電池循環壽命的關鍵因素。一方面，鋰空氣電池中的碳正極載體材料在熱力學上傾向于和亞穩態的放電產物Li₂O₂發生化學反應，生成以碳酸鋰為主的副產物，造成充電過電勢增大和碳材料的不可逆損失；另一方面，鋰空氣電池中的金屬鋰負極由于電極電位低，易受空氣成分腐蝕，造成庫侖效率降低，并且在循環過程中的鋰枝晶問題，會導致一系列的安全性問題。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種對鋰空氣電池正負極同時保護的電化學預處理方法。

在此，本發明提供一種電池電化學預處理方法，是在包括碳基正極、負極、電解液的鋰空氣電池首次工作前在惰性氣氛中進行的電化學預處理方法，包括：

(1)將所述鋰空氣電池在室溫下靜置第一預設時間；

(2)以第一預設電流對步驟(1)所得鋰空氣電池進行恒流限壓放電；

(3)將步驟(2)所得鋰空氣電池靜置第二預設時間；

(4)以第二預設電流對步驟(3)所得鋰空氣電池進行恒流限壓充電；

(5)將步驟(4)所得鋰空氣電池在預設電壓下進行恒壓限時充電；

所述電池電化學預處理方法中，步驟(1)-(5)均在惰性氣氛下進行。

電池電化學預處理方法可以是在包括碳基正極、鋰金屬負極、電解液的鋰空氣電池首次工作前在惰性氣氛中進行的電化學預處理方法，可以包括放電至0.5V或以下，再充電至4V或以上，優選再充電至4.5V或以上。

所述碳基正極可以為碳納米管、碳纖維、石墨烯、碳微球中的一種或幾種。

所述負極可以為金屬鋰或含鋰合金。

較佳地，所述電解液為溶解了含氟類電解質的有機電解液。其中含氟類電解質可以是含氟電解質鋰鹽。有機溶劑可以是醚類、亞砜類等。在一個實施例中，電解液為溶解了含氟電解質鋰鹽的醚類電解液。

含氟類電解質可以為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(氟磺酰)亞胺鋰中的一種或幾種。

較佳地，所述第一預設時間為1-50小時。

較佳地，所述第一預設電流為0.01-1mA。所述恒流限壓放電的限制電壓可以為0-0.5V，優選0-0.4V。

較佳地，所述第二預設時間為0.05-1小時。

較佳地，所述第二預設電流為0.01-1mA。所述恒流限壓充電的限制電壓可以為4-5V，優選4.5-5V，更優選4.3-4.7V。