[發明專利]一體化復合氧電極及制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110293180.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113130920A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 宋世棟;張德權;許永強;趙寧波;阮艷莉;梅東海
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/86;H01M12/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

本發明公開了一體化復合氧電極及制備方法與應用，制備方法為：將聚氧乙烯溶解在乙腈中，加入鋰鹽和無機電解質制成均勻的電解質膜漿料；將聚氧乙烯溶解在N?甲基吡咯烷酮中，加入鋰鹽和無機電解質制成復合粘結劑漿料；將復合粘結劑漿料與催化劑研磨，均勻涂覆在集流體上，干燥，得到復合氧電極；將電解質膜漿料倒在復合氧電極上，刮平，干燥，得到一體化復合氧電極；本發明的一體化氧電極使用具有導離子特性的復合電解質材料代替惰性粘結劑，構建了從氧電極到電解質的鋰離子連續傳輸通道，實現了較低的氧電極/電解質界面阻抗，拓展了氧電極內三相反應界面，提高了固態鋰氧電池的充放電循環性能。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，具體地涉及一體化復合氧電極及制備方法與應用。

背景技術

固態鋰金屬電池(SSLB)是一種非常有希望替代傳統鋰離子電池的新型電池體系，二者的不同之處在于鋰離子電池使用碳基電極和液態有機電解液，而固態電池因為使用了固態電解質(SSE)和鋰金屬負極，具有更高的能量密度且不易燃，安全性很高。固態鋰氧(Li-O₂)電池(SSLOB)擁有半開放式結構，可以最大程度發揮固態鋰金屬電池能量密度高的優點。此外，基于SSE固有的高穩定性和機械強度，SSLOB還可以抑制液態鋰氧電池中不可逆的副反應以及絕緣副產物的累積。同時還可以抑制鋰枝晶的穿透并保護鋰金屬避免與空氣中的O₂、水分和二氧化碳接觸發生腐蝕反應。

盡管SSLOB具有顯著的優勢，但其進展卻相對比較緩慢，主要原因在于較差的固-固接觸造成非常大的界面阻抗。在電池的充放電循環過程中界面會持續惡化，導致電池的性能衰減。SSLOB在放電過程中，氧電極在由SSE相、催化劑和氧氣形成的三相界面(TPBs)處生成導電性較差的Li₂O₂產物，并在隨后的充電過程中進行可逆分解。因此在循環過程中保持氧電極和固態電解質之間良好的固-固界面接觸對于電池的充放電性能至關重要。調控固態電解質和電極之間界面的方法主要有在固態電解質與電極之間加入一層柔性的中間層、施加外加壓力、對界面進行處理和修飾、共燒結等。界面處理和修飾的方法有脈沖激光沉積(PLD)、化學氣相沉積(CVD)、球磨等，PLD方法一般都是在電解質表面沉積一層金屬或者親鋰性物質，進而達到減小界面阻抗的目的，但這種方法的缺點是費用高且單次能夠處理的面積較小。共燒結一般是將鋰離子正極材料和固態電解質在高溫下一起焙燒，從而實現電極-電解質的緊密接觸，這種方法缺點是燒結溫度較高且某些正極材料會和固態電解質發生反應，導致電解質組成和結構發生變化，電導率降低。

中國專利CN110165286A公開了一種全固態鋰離子電池及其一體化復合燒結制備工藝，全固態鋰離子電池包括至少一種電極-電解質復合電極片構成，所述電極-電解質復合電極片中電極為氧化物鋰電正極或氧化物負極材料，電解質為固態氧化物電解質。但該電池中的電極制備復雜，需高溫燒結，能耗高。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的問題，提供一體化復合氧電極。

本發明的第二個目的是提供一體化復合氧電極的制備方法。

本發明的第三個目的是提供一體化復合氧電極在制備固態鋰氧電池中的應用。

本發明的技術方案概述如下：

一體化復合氧電極的制備方法，包括如下步驟：

(1)電解質膜漿料的制備：將聚氧乙烯溶解在乙腈中，在攪拌下，加入鋰鹽，再加入無機電解質制成均勻的混合液，繼續攪拌12～16h；

聚氧乙烯與鋰鹽的摩爾比為10～20:1；

聚氧乙烯與乙腈的質量比為1：(9～13)；

無機電解質的質量為聚氧乙烯與無機電解質兩者總質量的10％～30％；