[发明专利]一种以过氧化氢为添加剂的锂-氧气电池电解液的制备方法

说明书

一种以过氧化氢为添加剂的锂‑氧气电池电解液的制备方法，属于锂空气电池领域。包括以下步骤：（1）将锂盐真空干燥后与有机溶剂混合并搅拌至形成均一溶液；（2）将过氧化氢水溶液或纯过氧化脲晶体与步骤(1)所配溶液混合均匀得到含有过氧化氢的锂‑氧气电池电解液。本发明所述电解液可以在正极不使用贵金属催化剂的条件下将锂氧气电池的充电过电压降低至0.5 V左右，并使电池可以在充放电固定比容量的条件下循环50圈以上，显著地提高了电池的能量效率和循环寿命。通过添加过氧化脲的方式来引入过氧化氢，克服了采用过氧化氢水溶液来向电解液中添加过氧化氢会让引入水分影响电池寿命的这一技术难点，具有制备方法操作简单、成本低廉的优势。

技术领域

本发明属于锂空气电池领域，具体涉及一种以过氧化氢为添加剂的锂-氧气电池电解液的制备方法。

背景技术

锂-氧气电池由锂金属负极、隔膜、电解液和氧气正极（一般为碳材料）组成，理论能量密度可达3500 Wh/Kg，能够极大地满足大型能量存储设备和电动汽车市场的需求。但是锂-氧气电池充电过程中不能完全分解放电产物过氧化锂，从而使得充电过电压升高，引起诸如电解液分解，电池库伦效率降低，电池循环寿命短等问题。

采用高效催化剂催化过氧化锂的分解是有效降低锂-氧气电池充电电压的方法。近年来有很多研究者成功制备了负载贵金属/金属氧化物催化剂的碳材料正极，将锂-氧气电池的充电电压降低到3.5V，但是始终无法突破3.5V这个极限。最近有研究者发现通过Super P负载MnO₂和Ru正极，并在DMSO电解液中添加100 p.p.m.的水，可以使放电产物转化为LiOH，并且使充电电压降低到3.2 V [Li, F. et al. The water catalysis at oxygencathodes of lithium-oxygen cells. Nat.Commun. 6, 7843 (2015)]。但是由于正极负载了一定质量的催化剂，该电池依然存在催化剂催化电解液分解和能量密度低的缺点。而对于使用不负载催化剂的碳材料作为正极的锂-氧气电池，虽然能量密度较高，但是充电电压高达4.2V，大大降低了电池的库伦效率。本发明制备出的添加过氧化氢锂-氧气电池电解液并将其用于锂-氧气电池中，正极可使用不负载催化剂的纯碳材料，不仅大大降低了电池充电电压，提高了电池的库伦效率和循环寿命，同时也提高了电池的能量密度。

发明内容

解决的技术问题：针对上述现有技术中存在负载催化剂的正极碳材料中存在催化剂电解液分解和能量密度低，不负载催化剂的碳材料作为正极的锂-氧气电池，虽然能量密度较高，但是充电电压高达4.2V，大大降低了电池的库伦效率等问题，本发明提供一种以过氧化氢为添加剂的锂-氧气电池电解液的制备方法，可用于锂空气电池中，具有简单高效，电化学性能优异、提高电池的库伦效率、循环寿命和能量密度等特点。

技术方案：一种以过氧化氢为添加剂的锂-氧气电池电解液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将锂盐在60~90℃条件下真空干燥12~48小时，将干燥后的锂盐与有机溶剂混合并搅拌至形成均一溶液，搅拌均匀后溶液中锂盐的浓度为0.5-1.5 mol/L；

（2）将浓度为10wt.%~80wt.%的过氧化氢水溶液或纯过氧化脲晶体与步骤 (1) 所配溶液混合均匀得到含有过氧化氢的锂-氧气电池电解液，所述过氧化氢水溶液与步骤（1）所配溶液的质量比为0.1~0.5:1，所述纯过氧化脲晶体与步骤 (1) 所配溶液的质量比为0.03~0.15:1。

作为优选，所述步骤（1）中锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂和高氯酸锂中的至少一种。

作为优选，所述步骤（1）中有机溶剂是四乙二醇二甲醚、二甲基亚砜和乙二醇二甲醚中的至少一种。

作为优选，所述步骤（1）中锂盐在80 ℃条件下真空干燥24 h。

作为优选，所述步骤（1）搅拌均匀后溶液中锂盐的浓度为1 mol/L