[发明专利]一种锂空气电池的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂空气电池的正极活性物质与空气正极的制备方法。

背景技术

随着化石能源的日渐消耗和能源需求的日益增长，对新型能源材料的研究开发迫在眉睫。电能早在上个世纪普及应用，电池是使用电能的常用工具之一，现在研究和应用比较广泛的是锂离子电池。由于锂离子电池能量密度高，使用寿命长，自放电率低和无记忆效应等优点，锂离子电池正受到世界科学家的关注。但目前商业化的锂离子电池主要还是基于LiCoO₂等锂离子嵌层化合物的摇椅机理，正极材料成为锂离子电池能量密度的限制，极限能量密度只能达到400Wh/Kg，所以，锂离子电池难当重任，寻找新的电化学电源途径势在必行。

锂空气电池的研究应运而生，它以金属锂为负极，由碳基材料组成的多孔电极为正极，放电过程中，金属锂在负极失去电池成为锂离子，电子通过外电路到达多孔正极，将空气中的氧气还原，这一反应持续进行，电池便可以向负载提供能量。充电过程正好相反，在充电电压的作用下，放电过程中产生的放电产物首先在多孔正极被氧化，重新放出氧气，锂离子则在负极被还原成金属锂，待该过程进行完全，则电池又可重新向负载提供能量。由此可见，锂空气电池在整个充放电过程中不会产生对环境有害的物质，完全是零污染的绿色过程。

锂空气电池的另一个重大优势就是正极的活性物质氧气是直接来源于周围空气，因而是取之不尽用之不竭的，并且不需要储存在电池内部，这样既降低了成本又减轻了电池的重量，所以电池的能量密度完全取决于金属锂一侧。通过理论计算可以得出，锂空气电池的能量密度可以达到13200Wh/Kg的超高理论能量密度，这一能量密度足以和汽油相媲美，从而有望完全代替汽油，真正实现纯电动汽车。

锂空气电池有着巨大的应用潜能，但是目前研究尚未成熟，仍存在许多关键技术点有待研究解决。例如，以空气中的氧气作为正极活性物质，必然要求正极材料能够有利于氧气分子快速扩散，与电池的电子快速反应。现有技术制备的空气正极，氧气分子不能快速扩散，电池的循环性能较差。

发明内容

本发明涉及一种锂空气电池的正极材料与空气正极的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种锂空气电池的正极材料，其包括摩尔比为1:(2.5-3.5):(5.5-6.5):(5.5-6.5)的Al₂O₃、Li₂O、GeO₂、P₂O₅的混合物。

还包括乙炔黑，聚合物介质。

以混合物、乙炔黑、聚合物介质三者质量和为100%计，混合物质量百分比为50-75%，乙炔黑为25-50%，余量为聚合物介质。

所述的聚合物介质为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯、聚砜中的一种。

一种空气正极的制备方法，包括以下步骤：

1）将所述的混合物熔化、磨粉、烧结，得到粉末A；

2）将25-50wt%的乙炔黑、50-75wt%的粉末A和聚合物介质混合于水中，搅拌均匀，涂于镍基材的两面，并将镍基材夹在两块不锈钢板之间，压平，干燥，保护气氛下烧结，得到空气正极。

步骤1）中，所述的熔化温度为1200-1400℃。

步骤1）中，烧结的温度为800-1000℃。

步骤1）中，烧结的时间为1-2h。

步骤2）中，所述的保护气氛为He、Ne、Ar中的一种。

步骤2）中，所述的烧结温度为200-300℃，所述的烧结时间为20-30min。

本发明的有益效果是：本发明的电池正极为对氧气有催化还原作用的空气材料，能用外界的氧气参与电极反应。与传统锂离子电池相比，正极材料不是钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等，故有价金属的消耗少，从而降低了成本。含有本发明的空气正极的空气电池的循环性能较好。

附图说明

图1是本发明的电池的结构截面示意图。

图2是含有本发明的空气正极的电池的的比容量-循环次数曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1：