锂空气电池及其无机固态电解质与制备方法技术

本发明专利技术属于涉及化学电源领域，尤其涉及到一种锂空气电池及其无机固态电解质与制备方法。该电解质是在通过机械球磨法由氧化锂，五氧化二磷和三氧化二铝以及二氧化钛按一定比例制得，电解质是Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3；固态电解质不挥发,组分不发生变化；不吸收水分,不与电极发生反应，故可有效地防止阳极金属锂被腐蚀；稳定性较好,使电池可以在较高温度下工作,提高了电池的安全性能。极大地促进了锂空气电池的商业化发展。

【技术实现步骤摘要】
锂空气电池及其无机固态电解质与制备方法
本专利技术属于涉及化学电源领域，尤其涉及到一种锂空气电池及其无机固态电解质与制备方法。
技术介绍
储能设备是现代人类进步的关键技术，未来新能源的发展需要高比能量的新型电池体系发挥作用。高比能量金属－空气电池可以利用空气中的氧气进行还原，空气不在电池中储存，因此可以大幅提升电池的比能量；由于锂空气电池具有工作电压高、循环寿命长、环境污染小等诸多优点，成为极被看好的未来绿色化学能源。在影响其商业化的众多过程中，一方面锂空气电池阳极金属锂的化学性质活泼,所以锂空气电池不能直接使用普通水基电解液；另一方面由于高能量密度锂空气电池因使用有机电解液而存在易漏液、着火、爆炸等一系列安全隐患，提升电池安全性便成为当下研究的重点。因此需要寻找更加合适的电解液来解决当前存在的问题。目前固态电解质燃点高，不与金属锂发生反应，所以安全，而且灵活性好，价格低，耐用，超薄，在ORR和OER过程中容易得到稳定的固－液－气三相界面，越来越被人们所关注。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术所存在的上述问题，提供了一种锂空气电池及其无机固态电解质与制备方法。本专利技术通过机械球磨法来制备得到电解质，采用该电解质制备的电池可以在较高温度下工作,提高了电池的安全性能。本专利技术的上述问题是通过以下方案来解决的：一种锂空气电池无机固态电解质，该电解质是Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3。一种锂空气电池无机固态电解质制备方法，其特征在于，通过机械球磨法制得，分子式为Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3，具体包括：步骤1、依次称取质量分数为99～99.5％的氧化锂，质量分数为95～98％的三氧化二铝，质量分数为99～99.8％的二氧化钛以及质量分数为99.99％的五氧化二磷于干净的玛瑙研钵中，它们的物质的量之比分别为6～8:14～17:2～3:30。在玛瑙研钵中研磨30～60分钟，使固体混合均匀；然后将混合好的固体加入酒精，置于塑料瓶中，加入氧化锆研磨球进行球磨。步骤2、将步骤1所述的球磨好的原料置于80℃的烘箱中，烘干其中剩余的酒精；烘干完后置于瓷坩埚中，并将坩埚放入管式炉当中，在800℃恒温5小时，在此过程中不断向管式炉中通入氩气，带走反应分解释放的二氧化碳等小分子，随后冷却，得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3粗产品。步骤3、将步骤2所述的粗产品加入玛瑙研钵中研磨60分钟，添加适量的酒精，洗涤多次，然后在离心机中高速离心，将离心所得固体一次取1～1.2g固体放入粉末压片机中压片，从而制得一个直径为18mm，厚度2mm的圆片。步骤4、将步骤3所述的圆片进行管式炉中，在1000℃下恒温12小时，然后自然冷却，随即得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3无机固体电解质片。作为优先，所述步骤2中氩气的通入速率为2～3mL/分钟作为优先，所述步骤2的酒精为无水酒精作为优先，所述步骤2中管式炉的程序升温为2～3℃/min作为优先，所述步骤3中离心机的转速在8000～10000r/min作为优先，所述步骤4中管式炉的程序升温为5～10℃/min一种离子液体电解质用于锂空气电池，其中锂空气电池包括锂负极，空气极，电解质和密封壳体。从以上描述可知，本专利技术固态电解质不挥发,组分不发生变化；不吸收水分,不与电极发生反应，故可有效地防止阳极金属锂被腐蚀；稳定性较好,使电池可以在较高温度下工作,提高了电池的安全性能。极大地促进了锂空气电池的商业化发展。附图说明：附图1为锂空气电池示意图。附图2是组装后的锂空气电池结构示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种锂空气电池无机固态电解质及其制备方法，为了使本专利技术的技术方案，目的等更加的清楚，以下对本专利技术进行了详细说明。本实施例的锂空气电池无机固态电解质为Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3。室温下的离子导电性高达1.52×10-3S/cm，其容量达到105μAh/cm2μm。本实施例还提供了电解质的制备方法，其具体的是通过机械球磨法来制备得到，且包括以下步骤：步骤一：依次称取质量分数为99～99.5％的氧化锂，质量分数为95～98％的三氧化二铝，质量分数为99～99.8％的二氧化钛以及质量分数为99.99％的五氧化二磷于干净的玛瑙研钵中，它们的物质的量之比分别为6～8:14～17:2～3:30。在玛瑙研钵中研磨30～60分钟，使固体混合均匀；然后将混合好的固体加入酒精，置于容器中，加入氧化锆研磨球进行球磨；步骤二：将步骤一所述的球磨好的原料置于80℃的烘箱中，烘干其中剩余的酒精；烘干完后置于瓷坩埚中，并将坩埚放入管式炉当中，在800℃恒温5小时，在此过程中不断向管式炉中通入保护性气体，如氩气、氮气，带走反应分解释放的二氧化碳等小分子，随后冷却，得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3粗产品；步骤三：、将步骤2所述的粗产品加入玛瑙研钵中研磨60分钟，添加适量的酒精，洗涤多次，然后在离心机中高速离心，将离心所得固体一次取1～1.2g固体放入粉末压片机中压片，从而制得一个直径为18mm，厚度2mm的圆片；步骤四：将步骤3所述的圆片进行管式炉中，在1000℃下恒温12小时，然后自然冷却，随即得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3无机固体电解质片；其中，所述步骤1的酒精为无水酒精；所述步骤2中氩气的通入速率为2～3mL/分钟；所述步骤2管式炉的程序升温为2～3℃/min；所述步骤3离心机的转速在8000～10000r/min。所述步骤4管式炉的程序升温为5～10℃/min。本实施例还提供了采用该电解质的锂空气电池。具体为将制得的无机固态电解质在手套箱中放置在锂空气电池的锂负极与空气极之间，通过密封外壳组装成锂空气电池，如图所示2。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本专利技术精神作举例说明。本专利技术所属
的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本专利技术的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂空气电池离子液体电解质，其特征在于，分子式为Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3。

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池离子液体电解质，其特征在于，分子式为Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3。2.一种锂空气电池离子液体电解质的制备方法，其特征在于，包括：将氧化锂、三氧化二铝、二氧化钛、五氧化二磷研磨使其混合均匀，然后将混合好的固体加入酒精后加入氧化锆研磨球进行球磨；从球磨好的原料中去除酒精，在800℃高温下通入氩气若干小时，带走反应分解释放的二氧化碳小分子后冷却得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3粗产品。3.根据权利要求2所述的一种锂空气电池离子液体电解质的制备方法，其特征在于，包括：研磨所述粗产品并用酒精洗涤后在离心机中高速离心，将离心所得固体放入粉末压片机中压片；将压片放入管式炉中高温处理后冷却得到所述Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3无机固体电解质片。4.根据权利要求2所述的一种锂空气电池离子液体电解质的制备方法，其特征在于，包括：所述氧化锂、三氧化二铝、二氧化钛、五氧化二磷的质量之比为6～8:14～17:2～3:30。5.根据权利要求2所述的一种锂空气电池离子液体电解质的制备方法，其特征在于，包括：将球磨好的原料置于烘箱中烘干剩余酒精；烘干完后置于瓷坩埚中后放入管式炉中，在800℃恒温5小时，在此过程中不断向管式炉中通入氩气，带走反应分解释放的二氧化碳等小分子，随后冷却，得到Li1.3～1.6Ti1.4～1.7Al0.4～0.6(PO4)3粗产品。6.根据权利要求2所述的一种锂空气电池离子液体电解质的制备方法，其特征在于，将所述粗产品加入玛瑙研钵中研磨60分钟，添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊木兵，侯大军，李慧，汪杰明，黄琨，李卓益，
申请(专利权)人：武汉霖泉环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42