[发明专利]一种锂空气电池用碳-过氧化锂正极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂空气电池技术领域，尤其涉及一种锂空气电池用碳-过氧化锂正极及其制备方法。

背景技术

目前，与锂空气电池密切相关的常规电池有氢氧燃料电池、锂离子电池和金属空气电池等几类高能电池。氢氧燃料电池的发展由于贵金属催化剂成本高、氢气不易储存而无法大规模推广。锂离子电池已逐步实现了产业化，现在已经是用于手机、电脑等便携电子器件的主要电源，并广泛应用于电动车、医疗器械等很多领域。锂空气电池的正极活性物质是直接来源于周围空气的氧气，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，有着将近锂离子电池100倍的超高能量密度，这一能量密度足以和汽油相媲美，从而有望减少化石燃料的使用、进而减少温室气体排放，真正实现纯电动汽车；这一特性也使得锂空气电池在电网储能领域也极有吸引力，如果将其用于存储风能和太阳能，将大大促进新能源的发展。

目前锂空气电池存在的主要问题有：正极的极化、氧气传输困难、有机电解质溶剂及电解质盐的分解等，使得锂空气电池库伦效率低和循环性得不到提高。现有技术中通常选择铝网、泡沫镍、多孔陶瓷片等作为多孔导电基体，而集流体会选用镍网或者不锈钢网。这类锂空气电池在循环性能上比结构优化前大大提高，但由于结构复杂，成本较高、库仑效率低，无法满足商业使用。另外，采用镍网和不锈钢网作为集流体，电池充放电时存在与电解液发生反应的可能性，破坏了电池稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂空气电池用碳-过氧化锂正极及其制备方法，以有效解决当前锂空气电池的稳定性及循环性能不高的问题。

解决本发明技术问题的一种技术方案是：提供一种锂空气电池用碳-过氧化锂正极，其包括碳纸集流体及碳纸集流体上的涂覆层，所述涂覆层包括多孔导电碳、过氧化锂、聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯的质量为涂膜材料质量的5%～10%。

本发明还提供一种锂空气电池用碳-过氧化锂正极的制备方法，包括以下包括：第一步，将多孔导电碳和过氧化锂混合研磨，得到碳过氧化锂混合物；

第二步，将所述碳过氧化锂混合物与聚四氟乙烯再混合后分散到N-甲基吡咯烷酮中，在40℃～80℃条件下加热共混，形成混合涂膜浆料；所述碳过氧化锂混合物与聚四氟乙烯的质量比为9～18:1；

第三步，将所述混合涂膜浆料涂膜到碳纸集流体的一侧，烘干N-甲基吡咯烷酮，即得锂空气电池用碳-过氧化锂正极。

作为本发明的进一步改进，步骤一到步骤三在空气湿度低于70%的环境中进行。

作为本发明的进一步改进，步骤一中所述的研磨时间大于4个小时。

作为本发明的进一步改进，步骤一中所述过氧化锂的含量为混合物质量的20%～60%。

作为本发明的进一步改进，步骤二中所述N-甲基吡咯烷酮分散剂的体积为碳、过氧化锂、聚四氟乙烯三者体积总和的3～5倍。

作为本发明的进一步改进，步骤二中所述加热共混是在磁力加热搅拌器中进行，加热时间为3～6小时。

作为本发明的进一步改进，步骤三中所述涂膜是在使用强风加热并在自动涂膜烘干机的推动下以每秒10-15mm的速度进行。

作为本发明的进一步改进，所述涂膜厚度为50-150μm。

作为本发明的进一步改进，步骤四中所述烘干反应的烘干温度为60℃～80℃，烘干时间为3～5小时。

本发明的优点在于：首先，利用碳纸的多孔性、导电性和稳定性，用其作为锂空气电池的集流体和正极材料，不仅避免了充电电压在4.2V之后集流体的腐蚀，同时降低了正极片的阻抗。其次，过氧化锂作为放电产物和活性物质，能有效促进放电产物的结晶，以及弥补充电时活性物质的不足，达到促进充放电反应顺利进行的目的，与多孔碳材料协同作用，大大提高了锂空气电池的稳定性、循环性和实用性。最后，本发明的制备工艺简单，便于推广。

附图说明

图1是本发明实施例6所制得的正极片表面扫描电镜图。

图2是本发明实施例4组装电池的500次充放电循环比容量-电压图

图3是本发明实施例1的充放电循环比容量-电压图；

图4是本发明实施例2的充放电循环比容量-电压图；

图5是本发明实施例3的充放电循环比容量-电压图；

图6是本发明实施例4的充放电循环比容量-电压图；

图7是本发明实施例5的充放电循环比容量-电压图；

图8是本发明实施例6的充放电循环比容量-电压图。