[发明专利]一种双阴极结构及利用其制得的锂氧电池

权利要求书

1.一种锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，包括内层阴极和外层阴极，内层阴极和外层阴极之间被气体阻挡层隔开，所述内层阴极为碳布或碳膜，所述外层阴极为负载碳材料的导电基底；所述气体阻挡层制备过程如下：在气体阻挡层或经等离子体清洗机处理过的气体阻挡层上滴加电解液浸透，即得吸附有电解液的气体阻挡层，所述气体阻挡层的材质为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、氨纶和芳纶膜中的一种，电解液的制备过程如下：将锂盐、氧还原催化剂、析氧催化剂溶于有机溶剂中得到电解液。

2.根据权利要求1所述的锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，锂盐、氧还原催化剂和析氧催化剂在有机溶剂中的浓度分别为0.05 mol/L ~7 mol/L、0.05 mol/L ~70 mmol/L和0.05 mol/L ~4 mol/L。

3.根据权利要求2所述的锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟合砷(V)酸锂、三氟甲磺酸锂、二（三氟甲基磺酰）亚胺锂、三（三氟甲基磺酰）甲基锂、双乙二酸硼酸锂中的一种或几种，所述氧还原催化剂为蒽醌、2,5-二叔丁基-1,4-苯醌、苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-4, 8-二酮、辅酶、乙基紫罗碱和维生素K2中一种或两种以上任意比例的混合物，所述析氧催化剂为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物、溴化锂、碘化锂、二甲基吩嗪、四硫富瓦烯、萘二胺、4,N,N-三甲基苯胺、苯基吡咯烷、并四苯、N,N,N,N-四甲基对苯二胺、三[4-（二乙氨基）苯基]胺中一种或两种以上任意比例的混合物，所述的有机溶剂选自乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、二甲基亚砜、丁酮、二氧五环、四氢呋喃和1-甲基咪唑中一种或两种以上任意比例的混合物。

4.根据权利要求3所述的锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，所述锂盐为二(三氟甲烷)磺酰亚胺锂，氧还原催化剂为2,5-二叔丁基-1,4-苯醌，析氧催化剂为2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物，有机溶剂为四乙二醇二甲醚。

5.根据权利要求1所述的锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，所述碳材料为碳纳米管、科琴碳黑、石墨烯中一种或两种以上任意比例的混合物，所述导电基底为不锈钢网、碳片、泡沫镍、碳纸、碳布和碳膜中的一种；所述负载碳材料的外层阴极的制备过程如下：将碳材料、聚偏氟乙烯均匀混合在N-甲基-2-吡咯烷酮中，碳材料占碳材料、聚偏氟乙烯二者总重的5~90 wt%，然后涂覆在导电基底上，真空干燥即得。

6.根据权利要求1或5所述的锂氧电池或锂空电池的双阴极结构，其特征在于，所述内层阴极为碳膜，所述气体阻挡层为吸附有10μL~30μL电解液的聚丙烯膜，所述碳材料为碳纳米管，碳材料在导电基底上的负载质量为0.01 mg∙cm^-2~3 mg∙cm^-2。

7.利用权利要求1至6任一所述的双阴极结构制备锂氧气或锂空气电池的方法，其特征在于，过程如下：

（1）在多孔隔膜上滴加和双阴极结构气体阻挡层所滴加电解液组成相同的电解液得到浸润电解液的多孔隔膜；

（2）选用锂片为负极，双阴极结构为正极，组装顺序依次为锂片、PSS-Li/GO-Li/GF隔膜、浸润电解液的多孔隔膜、双阴极结构的正极；

（3）将组装好的电池置于氧气比例为80 v%的氩氧混合气的气体氛围中或空气氛围中进行换气，即得。

8.根据权利要求7所述的制备锂氧气或锂空气电池的方法，其特征在于，多孔隔膜中电解液的滴加量为50μL ~100μL，锂片和双阴极结构的直径均为1.6 cm。

9.根据权利要求7或8所述的制备锂氧气或锂空气电池的方法得到的锂氧气或锂空气电池。

10.权利要求1至6任一所述的双阴极结构在锂氧电池或锂空电池中的应用，其特征在于，双阴极结构作为正极。