[发明专利]一种锂空气电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学能源领域，尤其涉及一种锂空气电池及其制备方法。

背景技术

锂空气电池是一种具有很高能量密度的高能电池，与通常的锂离子电池正极材料相比，锂空气电池的正极活性物质是空气中的氧气，取之不尽。在阳极过量的情况下，放电的终止是由放电产物堵塞空气电极孔道所控制。实际应用中，氧气由外界环境提供，因此锂空气电池能量密度比现有锂电池体系高出1-2个数量级。此外，锂空气电池是一种环境友好的新型电池体系，可以为未来提供清洁的电池能源。综合其价格低廉、安全环保，比能量高等各方面的优势，锂空气电池的可逆循环一旦真正建立起来，将大大推动锂空气电池等金属空气电池在电网储能、电动汽车、航空航天等领域的发展。这不仅会对电池行业带来革命性的技术突破，也将成为整个金属空气电池的一个里程碑。

国内外有关锂空气电池的研究非常活跃，而对其合理的构造尚无定论。为了建立锂空气电池真正的可逆循环，必须具备稳定的电解质体系，合适的正极集流体，以及能够提高电池充放电性能的涂膜物质。如，申请号201310120005.3的专利文献公开了一种锂空气电池用砜类电解液，所述砜类电解液具有低挥发性、高的溶解氧能力、电化学窗口宽，尤其对超氧根具有优异的稳定性，有利于可逆产物生成及副反应的抑制。而该文献中未采用合适的空气正极，所制备锂空气电池仅有5个循环。现有技术中通常以铝网、泡沫镍、多孔陶瓷片为空气正极基体，有机碳酸酯类或者醚类为电解液，循环次数普遍也仅有100多次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂空气电池，所述锂空气电池具有优良的循环性能，以解决当前锂空气电池循环性能差的问题。

本发明实现上述目的的技术方案是：一种锂空气电池，包括正极，负极和电解液，所述正极包括碳纸集流体；所述电解液包括环丁砜和锂盐。

进一步地，所述锂盐为二(三氟甲基磺酰)亚胺锂（LiTFSI）、六氟磷酸锂（LiPF₆）、二草酸硼酸锂(LiBOB)、四氟硼酸锂(LiBF₄）中的至少一种。

进一步地，所述电解液还包括二甲基亚砜和/或四甘醇二甲醚。

进一步地，所述电解液中锂盐的摩尔浓度为0.5～5mol/L。

进一步地，所述碳纸集流体为至少一面具有疏水性的碳纤维纸。

进一步地，所述正极还包括碳纸集流体上的涂覆层，所述涂覆层包括碳、过氧化锂和聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的质量为涂覆层质量的5%～10%；所述过氧化锂的质量为碳和过氧化锂质量总和的5%～60%。

本发明还提供一种锂空气电池的制备方法，包括如下步骤：

A.电解质溶液的配置

将锂盐与环丁砜混合，制得电解质溶液，其中，所述锂盐的浓度为0.5-5mol/L；

B.正极的制作

（1）将多孔导电碳和过氧化锂混合，研磨后与聚四氟乙烯混合，得混合液；（2）将所述混合液加入到N-甲基吡咯烷酮中，在40-80℃下搅拌，得混合浆料；（3）将所述混合浆料涂膜于碳纸集流体上，烘干，得正极；

C.负极的制作

锂金属为负极；

D.将所述电解质溶液、正极、负极，在惰性气体气氛中封装得到所述锂空气电池。

进一步地，步骤A中所述电解质溶液还包括二甲基亚砜和/或四甘醇二甲醚。

进一步地，步骤A中所述锂盐为LiTFSI、LiPF₆、LiBOB、LiBF₄中的至少一种。

进一步地，所述碳纸集流体为至少一面具有疏水性的碳纤维纸。

进一步地，步骤B中所述聚四氟乙烯的质量为混合液质量的5%～10%；所述过氧化锂的质量为碳和过氧化锂质量总和的5%～60%。

进一步地，步骤B中所述N-甲基吡咯烷酮的体积为混合液体积的3～5倍。

进一步地，步骤D中所述封装还包括隔膜、电池壳、垫片、弹片，所述封装的顺序从负极到正极，依次是负极电池壳、弹片、垫片、金属锂、电解液、隔膜、电解液、正极、正极电池壳。

进一步地，所述步骤D中封装的控制压力为45-50Mpa，封装环境中水和氧气的含量均小于0.5ppm。

本发明的有益效果在于：

（1）优良的循环性能。本发明所述锂空气电池在保持充放电比容量为1000mAh/g、电压范围为2.2-5.0V的情况之下，循环次数均可达1000次以上，具有非常优越的循环性能，最高可达1100次循环。