[发明专利]一种柔性带状锂-二氧化碳电池正极材料的制备方法及电池

说明书

本发明公开了一种柔性带状锂‑二氧化碳电池正极材料的制备方法及电池的构筑方案，器件内部为叠层结构，从负极开始的结构组成依次是紫铜带、金属锂带、玻璃纤维隔膜、电解液、负载活性物质MoN的柔性介质、柔性不锈钢网，外部由正极带孔的带状热缩管整体包裹并封装。本发明优点在于，所制得的低充电电压的柔性带状锂‑二氧化碳电池可显著将器件充电电压降低至约3.3V，且合成原料廉价易得、合成过程简单节能、工作电极制备简单、器件组装工艺简便快捷，适于批量化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及金属空气电池技术领域，具体涉及一种柔性带状锂-二氧化碳电池正极材料的制备方法及电池。

背景技术

人类社会的快速发展离不开能源的支撑，而目前煤、石油、天然气等传统化石能源依然是人类所利用的主要能源，但随着传统能源的开采殆尽，全球已经面临严重的能源危机。另外，传统能源的消耗带来了严重的环境问题，尤其是以CO2为主的温室气体排放极易引发一系列危机，如全球变暖，海平面上升等。因此，如何有效解决环境和能源这两大问题是实现人类社会可持续发展的关键问题。

商业化锂离子电池的出现在一定程度上缓解了部分能源危机，但目前亦面临较多的问题，特别是其理论能量密度较低，无法实现长时间供能。另一方面，随着人们物质和精神生活的提高，诸多电子设备逐渐向小型化和轻量化方向发展，这就要求相应的储能系统高度集成。特别是近些年来快速发展的可穿戴电子设备为人类的生活带来了极大的便利，可充电锂离子电池虽广泛应用于各种便携式电子设备中，但其能量密度较低，常面临电量不足而不断充电的情况，且目前的锂离子电池普遍都是三维刚性平面结构，通常占据整个设备较大的空间和质量，远远没有达到人们对可穿戴电子设备轻量化与舒适化的需求。

锂-二氧化碳电池是近些年来开发出的具有超高能量密度的新型电池体系之一，它利用二氧化碳气体和锂离子在催化剂作用下反应生成碳酸锂和单质碳的原理将化学能转化为电能并且为外电路供电，其中生成的单质碳不参与后续循环，因此具备储能和固碳的双重作用，是一种能同时有效解决能源和环境问题的潜在体系。与商业化的锂离子电池相比，其具备较高的理论能量密度，但也有其自身的缺陷，如充电电位过高，极化严重，循环性能较差等，因此寻找合适的正极催化剂是推动锂-二氧化碳电池发展的关键问题。

目前已有较多的正极催化剂报道，如碳纳米管[1]，石墨烯[2]，科琴碳黑[3]，Mo2C[4],金属Ru[5]，多孔Mn2O3[6]，IrO2[7]等，总结起来可以发现目前报道的正极催化剂材料大多能量效率不高且极化较为严重，并且存在形式大多是粉体材料，后期需要将其与粘结剂按一定配比混合调制成浆料涂覆到碳纸、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝等透气的集流体上制成气体电极才能正常工作，其基底往往是刚性的，因此不适合组装成柔性、轻量化的储能器件并应用到可穿戴电子设备上。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具低充电电压和高能量效率的柔性带状锂-二氧化碳电池正极材料及器件的制备方案。

为实现本发明的目的，本发明提供如下技术方案：

一种柔性带状锂-二氧化碳电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：用有机溶剂对基底进行超声洗涤，在室温下将其浸入酸液中浸泡，再超声洗涤、烘干得柔性基底；

步骤2：将钼源加入到一定量的去离子水中，然后按去离子水和浓硝酸体积比为1:(0.5-1)的比例缓慢加入浓硝酸或浓盐酸，搅拌后缓慢加入一定量的十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂，搅拌至溶液逐渐变黄时加入步骤1中处理好的柔性基底浸渍；

步骤3：将步骤2中含柔性基底的混合溶液整体转入到内衬为聚四氟乙烯的消解罐中，并置于恒温干燥箱内进行水热反应，保温一定时间进行水热生长，反应结束后自然冷却至室温，得柔性基底薄膜；将柔性基底薄膜从混合溶液中取出，漂洗后干燥，得到负载三氧化钼的复合基底膜；