[发明专利]一种锂-氧气/空气电池及其制备方法

权利要求书

1.一种锂-氧气/空气电池，其特征在于，包括以下组件：空气/氧气电极侧开孔的电池壳、容纳于所述电池壳内的锂片负极、改性正极、电解液，以及正极和负极之间的隔膜，将组装好的电池和氧气或空气接触形成所述锂-氧气/空气电池，其中改性正极是用原位电化学反应将催化剂材料MN_x均匀分布在正极表面；所述催化剂材料MN_x中M为锂，N为碳，6＜x≤32，所述材料MN_x的XRD图中存在26±0.3°、23±0.3°、31±0.3°和42±0.3°的衍射峰；所述材料的X射线光电子能谱(XPS)中存在C 1s的284.8±0.2eV和 282.1±0.5eV的峰，以及Li 1s的54.0±0.2eV的峰。

2.如权利要求1所述的锂-氧气/空气电池，其特征在于，所述电解液的溶质选自三氟甲基磺酸锂、双（三氟甲基璜酰）亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸钠、四氟硼酸钠和六氟磷酸钠中的至少一种；所述电解液的溶剂选自四乙二醇二甲醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和二甲亚砜中的至少一种；电解液的浓度为0.5M~1.5M；所述隔膜选自玻璃纤维隔膜、陶瓷纤维隔膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜或氧化铝聚乙烯隔膜。

3.如权利要求1所述的锂-氧气/空气电池，其特征在于，所述空气/氧气电极侧开孔的电池壳的形状采用硬币型、平板型、圆筒形或层压型。

4.如权利要求1所述的锂-氧气/空气电池，其特征在于，所述电池壳选自CR2025、CR2032、CR2477、CR2450、CR2016、CR2330或CR2430。

5.如权利要求1所述锂-氧气/空气电池的制备方法，包括以下步骤：

(S1)、制备原始电极：将非金属材料纳米级的碳，与粘结剂混合，并加入非质子有机溶剂后进行超声分散，并均匀的涂在基底上，50~160℃烘2~20h得到原始电极材料；

(S2)、组装成金属离子电池：在稀有气体气氛下，将负极、正极、电解液、隔膜组装在空气/氧气电极侧开孔的电池壳中，并将孔封上以形成密闭系统，所述正极为M的金属电极，M为锂；所述负极为(S1)步骤得到的原始电极；所述电解液为含有M金属离子的盐溶液；

(S3)、催化剂材料MN_x的制备：将上述组装好的电池恒流放电到0.01~0.8 V后再恒流充电到1.8~4.2 V，在负极得到催化剂材料MN_x；

(S4)、将空气/氧气电极侧面的开孔打开，通过气孔与氧气或空气接触，制成所述锂-氧气/空气电池。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级的碳、粘结剂的质量比为1~15:1~5。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级的碳、粘结剂的质量比为5~10:1~3。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基底选自石墨、碳纤维、碳纸或泡沫镍，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、聚乙烯醇和聚乙二醇中的至少一种，粘结剂浓度为1~5wt%；所述非质子有机溶剂选自吡咯烷酮类、环醚类、二甲亚砜、酮类和内酯的至少一种。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯烷酮类选自N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮；所述环醚类选自四氢呋喃、甲基四氢呋喃；所述酮类选自丙酮、丁酮；所述内酯选自丁内酯，己内酯。

10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纳米级碳的粒径小于100nm，选自乙炔黑、超导炭黑、碳纤维、石墨烯、科琴黑和super P的至少一种。

11.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，将组装好的电池恒流放电到0.01~0.4V后再恒流充电到2.4~3.5 V。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，将组装好的电池恒流放电到0.01~0.2V后再恒流充电到2.6~3.2 V。