一种锂空气电池的电化学预处理方法技术

本发明专利技术涉及一种锂空气电池的电化学预处理方法，是在包括碳基正极、负极、电解液的锂空气电池首次工作前在惰性气氛中进行的电化学预处理方法，包括：（1）将所述锂空气电池在室温下静置第一预设时间；（2）以第一预设电流对步骤（1）所得锂空气电池进行恒流限压放电；（3）将步骤（2）所得锂空气电池静置第二预设时间；（4）以第二预设电流对步骤（3）所得锂空气电池进行恒流限压充电；（5）将步骤（4）所得锂空气电池在预设电压下进行恒压限时充电；所述电池电化学预处理方法中，步骤（1）‑（5）均在惰性气氛下进行。

Electrochemical pretreatment of lithium air battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂空气电池的电化学预处理方法
本专利技术涉及锂空气电池工作前的预处理方法，尤其涉及一种锂空气电池的电化学预处理方法。
技术介绍
随着电动汽车市场化的不断深入，探索能量密度高于锂离子电池的二次电化学移动存储设备变得日益重要；锂空气电池的理论能量密度高达3505Wh/kg(氧气计算在内)，比锂离子电池体系高出一个数量级，因此，其作为高容量电池而受到广泛关注。但二次锂空气电池在实际应用中面临一系列问题，其中正负极材料在超氧根离子环境下和开放环境中的稳定性问题，是制约着锂空气电池循环寿命的关键因素。一方面，锂空气电池中的碳正极载体材料在热力学上倾向于和亚稳态的放电产物Li2O2发生化学反应，生成以碳酸锂为主的副产物，造成充电过电势增大和碳材料的不可逆损失；另一方面，锂空气电池中的金属锂负极由于电极电位低，易受空气成分腐蚀，造成库仑效率降低，并且在循环过程中的锂枝晶问题，会导致一系列的安全性问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种对锂空气电池正负极同时保护的电化学预处理方法。在此，本专利技术提供一种电池电化学预处理方法，是在包括碳基正极、负极、电解液的锂空气电池首次工作前在惰性气氛中进行的电化学预处理方法，包括：(1)将所述锂空气电池在室温下静置第一预设时间；(2)以第一预设电流对步骤(1)所得锂空气电池进行恒流限压放电；(3)将步骤(2)所得锂空气电池静置第二预设时间；(4)以第二预设电流对步骤(3)所得锂空气电池进行恒流限压充电；<br>(5)将步骤(4)所得锂空气电池在预设电压下进行恒压限时充电；所述电池电化学预处理方法中，步骤(1)-(5)均在惰性气氛下进行。电池电化学预处理方法可以是在包括碳基正极、锂金属负极、电解液的锂空气电池首次工作前在惰性气氛中进行的电化学预处理方法，可以包括放电至0.5V或以下，再充电至4V或以上，优选再充电至4.5V或以上。所述碳基正极可以为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、碳微球中的一种或几种。所述负极可以为金属锂或含锂合金。较佳地，所述电解液为溶解了含氟类电解质的有机电解液。其中含氟类电解质可以是含氟电解质锂盐。有机溶剂可以是醚类、亚砜类等。在一个实施例中，电解液为溶解了含氟电解质锂盐的醚类电解液。含氟类电解质可以为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或几种。较佳地，所述第一预设时间为1-50小时。较佳地，所述第一预设电流为0.01-1mA。所述恒流限压放电的限制电压可以为0-0.5V，优选0-0.4V。较佳地，所述第二预设时间为0.05-1小时。较佳地，所述第二预设电流为0.01-1mA。所述恒流限压充电的限制电压可以为4-5V，优选4.5-5V，更优选4.3-4.7V。所述预设电压可以为4-5V，优选4.5-5V，更优选4.3-4.7V。所述恒压限时充电的限制电压与预设电压可以相同。充电时间可以为0.1-2小时，即恒压限时充电的限制时间可以为0.1-2小时。所述惰性气氛可以为氩气、氦气、氖气中的至少一种。根据本专利技术的电化学预处理方法，能够实现在所述锂空气电池工作前在所述正极和所述负极表面形成保护层。通过在惰性气氛下对锂空气电池进行的电化学处理，电池在室温中静置第一预设时间后，恒流限压放电，降至预设电压，如含有双三氟甲烷磺酰亚胺锂的四乙二醇二甲醚溶液在电压小于1.0V时在正极侧发生还原分解，并在正极表面形成保护层,生成RoLi,LiF,LiS,Li2SO3,Li3N等；之后静置第二预设时间后，恒流限压充电，升至预设高电压，正极保护层中不耐高压的组分(例如RoLi,LiS,Li2SO3,Li3N等)会发生氧化分解，耐高压氧化的组分(例如LiF)仍作为保护层覆盖在正极侧。同时电解液在锂负极表面发生分解，在其表面形成保护层(例如RoLi,LiF,Li2S,Li2SO3,Li3N等)；最后进行恒压限时充电，进一步在高压下稳定正负极表面的保护层。因此，通过本专利技术提供的惰性气氛下的电化学预处理，能够使锂空气电池在工作前在正负极表面均形成稳定的保护层，有效抑制副反应的发生，提高循环寿命。附图说明图1示出根据实施例1的锂空气电池电化学预处理方法的时间-电压曲线；图2为实施例1电化学预处理后与未处理的锂空气电池限容循环性能比较图。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及一种锂空气电池的电化学预处理方法，所述电化学预处理为锂空气电池循环前，在惰性气氛下对电池进行的电化学处理，实现在电池工作前在正负极表面形成保护层，步骤包括：将锂空气电池在室温下静置第一预设时间；接着，以第一预设电流对所得锂空气电池进行恒流限压放电；接着，将所得锂空气电池静置第二预设时间；接着，以第二预设电流对所得锂空气电池恒流限压充电；接着，将所得锂空气电池在预设高压下进行恒压限时充电。该电化学预处理方法能够使锂空气电池的循环寿命得到提高，且工艺简单，环境友好，不增加材料和生产成本。本专利技术的锂空气电池电化学预处理方法适用的锂空气电池例如包括扣式电池、软包装电池、硬壳电池等。锂空气电池的正负极活性物质、以及电解液可以有多种，将在后文说明。本专利技术中，作为电化学预处理的对象的锂空气电池可以包括碳基电极(碳基正极)、负极、电解液，还可以包括隔膜。碳基电极可以为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、碳微球等。碳基电极也可以是涂覆在碳纸上的碳纳米管、碳纤维、石墨烯、碳微球等。负极可以为金属锂或锂硅、锂铝等合金材料负极。电解液可以为含氟类电解质(含氟电解质锂盐)的有机溶液，其中含氟类电解质可以为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂等。电解液的溶剂可以为醚类、亚砜类等，优选四乙二醇二甲醚、二甲醚、二甲基亚砜中的一种或几种。例如，电解液可以是四乙二醇二甲醚和双三氟甲烷磺酰亚胺锂的混合体系、二甲醚和六氟磷酸锂的混合体系、二甲基亚砜和双(氟磺酰)亚胺锂等。电解液中电解质锂盐的浓度可以为(0.1-5)mol/L。电解液在扣电中的添加量可以为100-300ul。本专利技术中，作为电化学预处理的对象的锂空气电池例如可以通过以下方法组装：例如扣式电池：电池壳为CR2032型，正极壳为多孔正极壳，负极壳为常规负极壳，首先在负极壳中置入弹簧片；夹取垫片放于弹簧片上，再夹取锂片(直径12mm)放于垫片正中；夹取隔膜覆盖锂片，用移液器滴200ul电解液于隔膜上；夹取正极片置于隔膜正中，镊子夹取多孔正极壳覆盖，用纽扣电池封装机压制完成。以下，示意性说明本专利技术的锂空气电池的电化学预处理方法。该电化学预处理是在锂空气电池首次工作前，在惰性气氛下对电池进行的电化学处理。惰性气氛可以使用氩气、氦气及氖气等惰性气体。首先，在惰性气氛下将锂空气电池在室温下静置第一预设时间。第一预设时间可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池电化学预处理方法，其特征在于，是在包括碳基正极、负极、电解液的锂空气电池首次工作前在惰性气氛中进行的电化学预处理方法，包括：/n（1）将所述锂空气电池在室温下静置第一预设时间；/n（2）以第一预设电流对步骤（1）所得锂空气电池进行恒流限压放电；/n（3）将步骤（2）所得锂空气电池静置第二预设时间；/n（4）以第二预设电流对步骤（3）所得锂空气电池进行恒流限压充电；/n（5）将步骤（4）所得锂空气电池在预设电压下进行恒压限时充电；/n所述电池电化学预处理方法中，步骤（1）-（5）均在惰性气氛下进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池电化学预处理方法，其特征在于，是在包括碳基正极、负极、电解液的锂空气电池首次工作前在惰性气氛中进行的电化学预处理方法，包括：
（1）将所述锂空气电池在室温下静置第一预设时间；
（2）以第一预设电流对步骤（1）所得锂空气电池进行恒流限压放电；
（3）将步骤（2）所得锂空气电池静置第二预设时间；
（4）以第二预设电流对步骤（3）所得锂空气电池进行恒流限压充电；
（5）将步骤（4）所得锂空气电池在预设电压下进行恒压限时充电；
所述电池电化学预处理方法中，步骤（1）-（5）均在惰性气氛下进行。


2.根据权利要求1所述的电池电化学预处理方法，其特征在于，所述碳基正极为碳纳米管、碳纤维、石墨烯、碳微球中的一种或几种；所述负极为金属锂或含锂合金。


3.根据权利要求1或2所述的电池电化学预处理方法，其特征在于，所述电解液为溶解了含氟类电解质的有机电解液。


4.根据权利要求3所述的电池电化学预处理方法，其特征在于，所述含氟类电解质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，孙壮，王浩然，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31