[发明专利]基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法

权利要求书

1.一种基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于，包括电解质骨架的制备、空气电极的制备、金属电极的制备以及电池引线的制备；

所述电解质骨架的制备为，将石榴石型或钙钛矿型锂离子固态电解质材料、有机添加剂加入乙醇中，球磨3～5小时，得到浸渍浆料；将石榴石型或钙钛矿型锂离子固态电解质材料与乙基纤维素混合，然后研磨2～4小时，再加入1,5-二甲基-2-吡咯烷酮，得到混合物；然后将混合物制备成电解质骨架生坯；再将电解质骨架生坯于1000～1100℃烧结12～24小时，自然冷却得到固体骨架；然后将所述固体骨架浸渍于所述浸渍浆料中；浸渍完成后，于1000～1250℃烧结8～12小时，即电解质骨架；所述有机添加剂为正硅酸乙酯、三乙醇胺、邻苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇；所述电解质骨架为一端封闭的管式结构；

所述空气电极的制备为，将制备空气电极催化剂的原料加入水中，配置成空气电极催化剂前驱体溶液；将石榴石型或钙钛矿型锂离子固态电解质材料、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素-松油醇以及四丙基氢氧化铵、聚苯乙烯微球混合，并加入乙醇配制涂刷浆料；然后将涂刷浆料涂刷于电解质骨架表面，于1000～1100℃烧结4～8小时，自然冷却后得到多孔骨架；将多孔骨架与空气电极催化剂前驱体溶液复合后，在通有高纯氩气或氮气的管式炉内380～650℃煅烧2～8小时，在电解质骨架外侧壁制备空气电极；

将金属锂熔液注入外侧壁带有空气电极的电解质骨架内腔中，然后将金属电极引线插入金属锂熔液中，金属锂凝固后即得到金属电极以及金属电极引线；然后利用银浆将空气电极引线与空气电极粘接；最后在电解质骨架开口一端设置聚丙烯密封剂；即得到基于锂离子固体电解质的锂空气电池。

2.根据权利要求1所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：所述石榴石型锂离子固态电解质材料为Li₇La₃Zr₂O₁₂或者Li₇La₃Zr_2-xM_xO₁₂，其中M为Ta、Nb、Sb、Bi、Ti、Y或者Al；所述钙钛矿型锂离子固态电解质材料为Li_3xLa_2/3-x□_1/3-2xTiO₃；所述金属电极引线为银线；所述空气电极引线为银线；所述空气电极催化剂为N掺杂碳材料。

3.根据权利要求2所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：所述N掺杂碳材料为N掺杂介孔碳或者N掺杂石墨烯。

4.根据权利要求1所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：制备浸渍浆料时，有机添加剂的用量为锂离子固态电解质材料质量的10%～12%；制备混合物时，乙基纤维素与锂离子固态电解质材料的质量比为0.5～0.8∶1；有机添加剂中，正硅酸乙酯、三乙醇胺、邻苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇的质量比为0.8∶1∶1.1∶1.2。

5.根据权利要求1所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：制备空气电极时，锂离子固态电解质材料、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素-松油醇、四丙基氢氧化铵、聚苯乙烯微球的质量比为1∶0.05∶0.08∶0.15∶0.3；多孔骨架与空气电极催化剂前驱体溶液复合的方式为将多孔骨架浸渍空气电极催化剂前驱体溶液中或者将空气电极催化剂前驱体溶液滴于多孔骨架上。

6.根据权利要求1所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：制备金属电极以及金属电极引线时，在充有高纯氩气的手套箱中，将金属锂熔液注入外侧壁带有空气电极的电解质骨架内腔中，然后将金属电极引线插入金属锂中；于185℃保温20～40分钟；停止保温，金属锂凝固后，得到金属电极以及金属电极引线。

7.根据权利要求1所述基于锂离子固体电解质的锂空气电池的制备方法，其特征在于：所述空气电极与电解质骨架开口边缘之间的距离为3～10mm；所述电解质骨架的壁厚为1～3mm，长径比为（0.06～0.5）∶1；所述空气电极的厚度为30～150μm。