[發明專利]一種鋰-氧氣/空氣電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201910108077.3
• 申請日: 2019-02-02
• 公開（公告）號: CN109742489B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 孫根班;袁萌偉;孫澤民;李會峰
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/90
• 代理公司: 北京領科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11690
• 代理人: 艾變開

1.一種鋰-氧氣/空氣電池，其特征在于，包括以下組件：空氣/氧氣電極側開孔的電池殼、容納于所述電池殼內的鋰片負極、改性正極、電解液，以及正極和負極之間的隔膜，將組裝好的電池和氧氣或空氣接觸形成所述鋰-氧氣/空氣電池，其中改性正極是用原位電化學反應將催化劑材料MN_x均勻分布在正極表面；所述催化劑材料MN_x中M為鋰，N為碳，6＜x≤32，所述材料MN_x的XRD圖中存在26±0.3°、23±0.3°、31±0.3°和42±0.3°的衍射峰；所述材料的X射線光電子能譜(XPS)中存在C 1s的284.8±0.2eV和 282.1±0.5eV的峰，以及Li 1s的54.0±0.2eV的峰。

2.如權利要求1所述的鋰-氧氣/空氣電池，其特征在于，所述電解液的溶質選自三氟甲基磺酸鋰、雙（三氟甲基璜酰）亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉和六氟磷酸鈉中的至少一種；所述電解液的溶劑選自四乙二醇二甲醚、三羥甲基丙烷三縮水甘油基醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和二甲亞砜中的至少一種；電解液的濃度為0.5M~1.5M；所述隔膜選自玻璃纖維隔膜、陶瓷纖維隔膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或氧化鋁聚乙烯隔膜。

3.如權利要求1所述的鋰-氧氣/空氣電池，其特征在于，所述空氣/氧氣電極側開孔的電池殼的形狀采用硬幣型、平板型、圓筒形或層壓型。

4.如權利要求1所述的鋰-氧氣/空氣電池，其特征在于，所述電池殼選自CR2025、CR2032、CR2477、CR2450、CR2016、CR2330或CR2430。

5.如權利要求1所述鋰-氧氣/空氣電池的制備方法，包括以下步驟：

(S1)、制備原始電極：將非金屬材料納米級的碳，與粘結劑混合，并加入非質子有機溶劑后進行超聲分散，并均勻的涂在基底上，50~160℃烘2~20h得到原始電極材料；

(S2)、組裝成金屬離子電池：在稀有氣體氣氛下，將負極、正極、電解液、隔膜組裝在空氣/氧氣電極側開孔的電池殼中，并將孔封上以形成密閉系統，所述正極為M的金屬電極，M為鋰；所述負極為(S1)步驟得到的原始電極；所述電解液為含有M金屬離子的鹽溶液；

(S3)、催化劑材料MN_x的制備：將上述組裝好的電池恒流放電到0.01~0.8 V后再恒流充電到1.8~4.2 V，在負極得到催化劑材料MN_x；

(S4)、將空氣/氧氣電極側面的開孔打開，通過氣孔與氧氣或空氣接觸，制成所述鋰-氧氣/空氣電池。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述納米級的碳、粘結劑的質量比為1~15:1~5。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述納米級的碳、粘結劑的質量比為5~10:1~3。

8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述基底選自石墨、碳纖維、碳紙或泡沫鎳，所述粘結劑選自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚氧化乙烯、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一種，粘結劑濃度為1~5wt%；所述非質子有機溶劑選自吡咯烷酮類、環醚類、二甲亞砜、酮類和內酯的至少一種。

9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述吡咯烷酮類選自N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮；所述環醚類選自四氫呋喃、甲基四氫呋喃；所述酮類選自丙酮、丁酮；所述內酯選自丁內酯，己內酯。

10.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述納米級碳的粒徑小于100nm，選自乙炔黑、超導炭黑、碳纖維、石墨烯、科琴黑和super P的至少一種。

11.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，將組裝好的電池恒流放電到0.01~0.4V后再恒流充電到2.4~3.5 V。

12.如權利要求11所述的制備方法，其特征在于，將組裝好的電池恒流放電到0.01~0.2V后再恒流充電到2.6~3.2 V。