CN108565530A - 一种锂空气电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高循环性能的锂空气电池及其制备方法。该电池由阳极、阴极与电解液组成，阳极为锂盐，表面包覆了纳米碳管，阴极采用纳米二硫化钼，电解质采用1‑甲基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物。该电池不仅具有高的热稳定性，还有较高的循环寿命与能量密度。

Description

一种锂空气电池及其制备方法
技术领域
本发明属于二次离子电池技术领域，具体涉及一种锂空气电池及其制备方法。
背景技术
当前，锂离子二次电池已经广泛应用于人们的生活中，如应用于笔记本电脑、手机等日常用品中，以及各种军事设备中。然而，对于电动汽车与旋翼型飞行器而言，锂离子电池的能量密度偏低，直接影响了电动汽车等产品的发展。
锂空气电池是一种新型的化学电池，其理论能量密度是锂离子电池的 5-10 倍，引起了世界各国科学家的广泛兴趣。并且锂空气电池成本低廉、具有广阔的应用潜力。
中国发明专利CN 105375039 A提供一种锂空气电池空气电极，该空气电极包括集流体，原位复合负载于所述集流体上的催化剂。该发明还提供锂空气电池空气电极的制备方法及其含有所述空气电极的锂空气电池。
中国发明专利CN 104681895 A提供锂空气电池和锂空气电池的正极结构体。该锂空气电池与以往的空气电池相比，能提高锂空气电池正极的氧化还原能力而防止产生氢。锂空气电池 (1、1A) 具备负极 (4、11)、固体电解质 (13)、电解质 (7)、正极 (3、8)。此外，正极(3、8) 的表面积大于负极 (4、11) 的表面积。
中国发明专利CN 104282918 A提供了锂空气电池用阴极、锂空气电池、以及制备锂空气电池用电极的方法，所述阴极包含修饰的碳材料，其特征在于，所述修饰的碳材料表面包含至少一种杂原子或者杂原子基团。
上述发明的技术方案都是对锂空气电池的性能进行，但是，锂空气电池最关键的循环性能在以上技术方案中并没有涉及。当前，锂空气电池的稳定性、循环性能很差，尚不能实用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高循环性能的锂空气电池及其制备方法。
电池的构成及制备方法如下：
（1）制备阳极：在锂盐Li2CoO3表面制备纳米碳管层。纳米碳管层的制备方法包括但不限于化学气相沉积法、蒸镀法、溶胶凝胶法。
（2）制备阴极：采用纳米二硫化钼薄片。作为优选，纳米二硫化钼的片层大小在15~50纳米范围内。
（3）制备电解质：采用1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物。作为优选，二者的比例为3：1~5：1。
（4）将阳极、阴极、电解液封装，组装成锂空气电池。
有益的效果：
Li2CoO3/纳米碳管构成的阳极中，纳米碳管层仅允许锂阳离子通过，阻隔了空气，使阳极免受空气的影响，例如与N2、CO2或水蒸汽产生副产物，影响电池性能。电解质采用离子溶液，也可以避免水的渗透。这样，可以避免电池不稳定的缺点，大大延长锂空气电池的循环寿命，达到2000次以上的工业应用水平。由于锂空气电池的能量密度比当前锂电池高4~5倍，因此电池的重量大大减小，可用于电动汽车、航空器等领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
（1）将Li2CoO3压制成长5厘米、宽2厘米、高2厘米的阳极，然后采用化学气相沉积的方法在其表面制备180nm厚的纳米碳管层；
（2）采用片层厚度为50nm的二硫化钼纳米薄片材料作为阴极；
（3）采用比例为5：1的1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物作为电解质。
将阳极、阴极、电解液封装，则构成锂空气电池。
电池测试：采用Land电化学测试***，测试得该电池的充放电平台为4.25V，循环2000次后，其容量损失13%，电池的能量密度为9.7kWh/Kg。
实施例2
（1）将Li2CoO3压制成长5厘米、宽2厘米、高2厘米的阳极，然后采用化学气相沉积的方法在其表面制备120nm厚的纳米碳管层；
（2）采用片层厚度为20nm的二硫化钼薄片材料作为阴极；
（3）采用比例为3：1的1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物作为电解质。
将阳极、阴极、电解液封装，则构成锂空气电池。
电池测试：采用Land电化学测试***，测试得该电池的充放电平台为4.13V，循环2000次后，其容量损失22%，电池的能量密度为10.2kWh/Kg。
实施例3
（1）将Li2CoO3压制成长5厘米、宽2厘米、高2厘米的阳极，然后采用化学气相沉积的方法在其表面制备90nm厚的纳米碳管层；
（2）采用片层厚度为15nm的二硫化钼薄片材料作为阴极；
（3）采用比例为4：1的1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物作为电解质。
将阳极、阴极、电解液封装，则构成锂空气电池。
电池测试：采用Land电化学测试***，测试得该电池的充放电平台为3.95V，循环2000次后，其容量损失18%，电池的能量密度为9.5kWh/Kg。
从以上实施例可以看出，本发明的锂空气电池充放电稳定、循环性能好，已经达到了工业应用水平。
以上所述仅是本发明实施方式的一些例子，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种锂空气电池，其特征在于：该电池含有阳极、阴极与电解液，且阳极表面表面包覆了纳米碳管。
2.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于：该电池阳极为锂盐，，阴极采用纳米二硫化钼，电解质采用1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物。
3.根据权利要求1所述的锂空气电池，其特征在于：该电池的制备方法如下：
（1）制备阳极：在锂盐Li2CoO3表面制备纳米碳管层。
（2）制备阴极：采用纳米二硫化钼薄片。
（3）制备电解质：采用1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的混合物。作为优选，二者的比例为3：1~5：1。
（4）将阳极、阴极、电解液封装，组装成锂空气电池。
4.根据权利要求3所述的锂空气电池的制备方法，其特征在于：纳米碳管层的制备方法包括但不限于化学气相沉积法、蒸镀法、溶胶凝胶法。
5.根据权利要求3所述的锂空气电池的制备方法，其特征在于：纳米二硫化钼的片层大小在15~50纳米范围内。
6.根据权利要求3所述的锂空气电池的制备方法，其特征在于：1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和二甲基乙酰胺的比例为3：1~5：1。
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