一种锂空气电池制备方法及制备的锂空气电池技术

本发明专利技术公开了一种锂空气电池的制备方法，包括：(1)无水无氧环境中，在负极集流体上放置一层锂箔；(2)在锂箔上放置一层多孔隔膜，并用离子液体电解质浸润隔膜；(3)在所述隔膜上方放置一层LiSICON陶瓷电解质膜；(4)在步骤(3)处理后的器件的边缘进行封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜处于无水无氧环境中；(5)用离子液体电解质浸润多孔导电材料，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体，作为正极部分。本发明专利技术还公开了采用LiPON来隔开LiSICON与金属锂的制备方法。本发明专利技术避免了电解液挥发而导致电池失效的问题，且可以有效避免电解液在充放电过程中生成碳酸锂的反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂空气电池及其制备方法。
技术介绍
锂空气电池具有极高的能量密度，其理论值可达3505Wh/kg(按产物Li2O2的质量计算)，远远高于锂离子电池的能量密度，也高于汽油内燃机的实际能量密度。但是，锂空气电池存在的循环稳定性差、寿命短的问题成为阻碍其发展的瓶颈，而其中高稳定性电解液体系是保障锂空气电池发生可逆反应和实现长寿命的基础和关键。目前沿用锂离子电池的碳酸酯类电解液出现严重分解，电池的循环实际主要来自于电解液分解造成的副产物的反复形成和分解。一些具有高稳定性的电解液体系如醚类、砜类等改善了锂空气电池的循环性能，但仍存在电解液碳基与正极及放电中间产物易发生副反应的问题。同时，随锂空气电池循环次数的增加，以上电解液分解产生的副反应产物Li2CO3不断增加并沉积在空气正极的表面上，造成了锂空气电池反应活性的退化。可见，锂空气电池电解液体系在满足一般化学电源对电解液的基本要求之外，关键还需要达到以下特殊要求：在敞开或半敞开环境下工作时不分解、不挥发、不吸水(疏水)、不发生副反应，抗氧化能力强(存在氧气和放电中间产物的情况下不被氧化)、具有优异的稳定性；而且循环过程中与正极和负极具有优异的相容性，电流密度均匀，可抑制金属负极表面枝晶的产生，并有利于正极表面放电产物的分解，减少极化，降低过电势，提高反应可逆性与传统碳酸酯类、醚类等有机溶剂相比，离子液体具有蒸汽压低、挥发性小、液程宽等优势，然而，离子液体的种类繁多，可以按照不同阴、阳离子的种类进行组合，理想体系设计和筛选的工作量巨大。而且离子液体作为锂空气电池电解液还存在与电极的浸润性差、极化较严重；与电极的接触不均匀，造成界面电流密度不均匀的问题；同时，低温电导率不高，限制了工作温度范围的拓宽；而且，还需要对金属负极进行保护以提高循环性能等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂空气电池的制备方法及利用该方法制备的锂空气电池，其中采用离子液体-陶瓷复合电解质来制作锂空气电池，其避免了电解液挥发而导致电池失效的问题，且离子液体不含碳酸酯官能团与醚键官能团，可以有效的避免电解液在充放电过程中生成碳酸锂的反应，从而可以获得性能优良的锂空气电池。为实现上述目的，本专利技术提供一种锂空气电池的制备方法，其采用离子液体电解质作为隔开金属锂负极与LiSICON膜的电解质，其包括如下步骤：(1)无水无氧环境中，在负极集流体上放置一层锂箔，锂箔的大小不超过铜片；(2)在锂箔上放置一层多孔隔膜，并用离子液体电解质浸润隔膜；(3)在所述隔膜上方放置一层LiSICON陶瓷电解质膜；(4)在步骤(3)处理后的器件的边缘进行封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜处于无水无氧环境中；(5)用离子液体电解质浸润多孔导电材料，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体，作为正极部分。作为本专利技术的进一步优选，所述LiSICON陶瓷电解质膜的大小大于锂箔。作为本专利技术的进一步优选，所述负极集流体为铜片。为实现上述目的，本专利技术还提供一种锂空气电池的制备方法，其采用LiPON来隔开LiSICON与金属锂，其包括如下步骤：(1)将LiPON使用离子溅射等方式镀在LiSICON膜的表面；(2)将金属锂直接压在LiPON表面；(3)再金属锂表面镀覆铜片作为集流体；(4)在步骤(3)处理后的器件的边缘进行封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜处于无水无氧环境中；(5)用离子液体电解质浸润多孔导电材料，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体，作为正极部分。作为本专利技术的进一步优选，所述LiPON层的厚度在一微米左右。本专利技术中，使用陶瓷电解质LiSICON来隔开电池的空气正极与金属锂负极，使用离子液体电解质作为正极电解质，使得锂离子可以到达多孔导电材料表面，与氧气发生电化学反应。使用离子液体等有机电解质或者对金属锂稳定的LiPON(无定形的，氮掺杂的磷酸锂)电解质来隔开LiSICON与金属锂负极。本专利技术的锂空气电池可以兼具有机电解质锂空气电池和水性电解质锂空气电池的优点，利用LiSICON膜来隔绝空气与金属锂负极的接触，使得电池不必在纯氧的环境下工作；而正极电解质溶剂采用蒸汽压极低的离子液体，也就避免了电解液挥发而导致电池失效的问题，且离子液体不含碳酸酯官能团与醚键官能团，可以有效的避免电解液在充放电过程中生成碳酸锂的反应。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术中所涉及的离子液体电解质可以采用室温离子液体N,N-二三氟甲磺酰亚胺甲基乙基咪唑(EMITFSI)与N,N-二三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)来配制，具体配比可以按照质量比(1-3):1来配制，例如优选按质量比2:1配制，也可以是其他比例，例如1:1,1:2或1.5:1等。当然本专利技术也可以采用其他离子液体来配制离子液体电解质，而且还可以直接采用低熔点的锂盐，在其熔点之上的温度范围使用。本专利技术一个实施例中，采用离子液体电解质或其他有机电解质作为隔开金属锂负极与LiSICON膜的电解质，则完整的锂空气电池制作步骤如下：(1)无水无氧环境中，在铜片(负极集流体)上放置一层锂箔，锂箔的大小不超过铜片，压平其表面。(2)再在锂箔上放置一层锂离子电池通用的多孔隔膜，譬如多孔聚丙烯等，隔膜的形状和尺寸与锂箔保持一致。(3)用离子液体电解质或其他有机电解质浸润隔膜。(4)在隔膜上方放置一层LiSICON陶瓷电解质，优选LiSICON膜的大小稍大于锂箔。(5)在器件的边缘用环氧树脂或者其他胶封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜被保护起来，处于无水无氧环境中。(6)正极部分，用离子液体电解质浸润多孔导电材料，比如多孔碳，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体。本实施例中优选可以用一些高分子粘结剂来增强正极的强度与粘附性。至此，电池制作完毕。在另一个实施例中，采用LiPON来隔开LiSICON与金属锂，其中的具体步骤可以为：(1)采用将LiPON使用离子溅射等方式镀在LiSICON膜的表面，优选控制LiPON层的厚度在一微米左右，(2)将金属锂直接压在LiPON表面，(3)再覆以铜片集流体；(4)用胶封装周边，保证隔水隔氧；(5)之后正极部分的制作与上段所述的步骤一样，具体为：用离子液体电解质浸润多孔导电材料，比如多孔碳，然后涂布于LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体。优选可以用一些高分子粘结剂来增强正极的强度与粘附性。本专利技术所涉及的锂空气电池可以在纯氧或干燥的空气中工作，放电产物主要为过氧化锂，具有充放电循环能力；也可以在一定湿度下放电，放电产物含有氢氧化锂，循环性能较差。由于LiSICON膜的导电性在室温较低，电池一般需要在高于室温的条件下工作以获得较好的充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂空气电池的制备方法，其采用离子液体电解质作为隔开金属锂负极与LiSICON膜的电解质，其包括如下步骤：(1)无水无氧环境中，在负极集流体上设置一层锂箔，锂箔的大小不超过铜片；(2)在锂箔上放置一层多孔隔膜，并用离子液体电解质浸润隔膜；(3)在所述隔膜上方放置一层LiSICON陶瓷电解质膜，形成负极部分；(4)在步骤(3)处理后的器件的边缘进行封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜处于无水无氧环境中；(5)用离子液体电解质浸润多孔导电材料，然后涂布于一LiSICON膜上方，然后在多孔导电材料上放置一层镍网作为集流体，作为正极部分；通过形成上述负极部分与正极部分，即可制备得到锂空气电池。

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池的制备方法，其采用离子液体电解质作为隔开金属锂负极与LiSICON
膜的电解质，其包括如下步骤：
(1)无水无氧环境中，在负极集流体上设置一层锂箔，锂箔的大小不超过铜片；
(2)在锂箔上放置一层多孔隔膜，并用离子液体电解质浸润隔膜；
(3)在所述隔膜上方放置一层LiSICON陶瓷电解质膜，形成负极部分；
(4)在步骤(3)处理后的器件的边缘进行封装，保证金属锂负极以及被浸润的隔膜处
于无水无氧环境中；
(5)用离子液体电解质浸润多孔导电材料，然后涂布于一LiSICON膜上方，然后在多
孔导电材料上放置一层镍网作为集流体，作为正极部分；
通过形成上述负极部分与正极部分，即可制备得到锂空气电池。
2.根据权利要求1所述的一种锂空气电池的制备方法，其中，所述LiSICON陶瓷电解
质膜的大小大于锂箔，优选大10％-15％。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂空气电池的制备方法，其中，所述负极集流体为
铜片。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种锂空气电池的制备方法，其中，上述离子液
体电解质采用N,N-二三氟甲磺酰亚胺甲基乙基咪唑(EMITFSI)与N,N-二三氟甲磺酰亚胺锂
(LiTFSI)来配制，配置质量比为(1-3):1。
5.根据权利要求4所述的一种锂空气电池的制备方法，其中，N,N-二三氟甲磺酰亚胺
甲基乙基咪唑(EMITFSI)与N,N-二三氟甲磺酰亚胺锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾秀芳，
申请(专利权)人：湖北知本信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42