本发明专利技术涉及双载体复合的锂空气电池空气电极组合物及其制备方法，提供了一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物，它包含，以所述组合物的总重量计：10-40重量份的第一载体，其表面负载有5-30重量份的催化剂；10-40重量份的第二载体，其进行了疏油性处理；以及5-20重量份的粘结剂；其中，所述第一载体和第二载体相同或不同，选自：碳材料、有机高分子聚合物、单质金属、以及它们的组合。还提供了一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物的制备方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学电源领域，涉及一类可用于锂空气二次电池正极的高性能双载体复合结构的空气电极及其制备技术。具体地说，本专利技术涉及。
技术介绍
在所有的电化学电源中，锂氧气电池具有最高的能量密度，13200Wh/kg。原理是金属Li负极与正极活性物质氧气反应，将化学能转变为电能。氧气无需贮存在电池中，而由环境中的空气提供，从而也被称为锂空气电池。但是，锂空气电池的实际容量受空气电极的微结构制约。一般空气电极主要由催化剂、催化剂载体和粘结剂三部分组成。在放电时，电解液中从负极迁移过来的锂离子在负载于载体上的催化剂的催化作用下，与正极侧透过来并吸附于催化剂表面活性点的氧气进行气固液三相反应。但是，由于得到的产物(氧化锂或过氧化锂)在溶液中的溶解度很低， 沉积在空气电极(主要是载体材料)的孔隙中，沉积的产物逐渐堵塞空气电极，最终隔绝电解质与氧气的接触，导致放电终止，影响锂空气电池的实际容量。因此，开发新型空气电极微结构对锂空气电池的发展具有重要意义。基于此，目前对锂空气电池的研究主要集中于新型空气电极的设计，旨在一定程度上缓解空气电极中由于放电产物的阻塞对放电过程的不利影响。例如，在大电流密度下产物不均勻沉积会在空气电极表面形成一层致密产物膜，从而导致放电终止，结果使空气电极利用率降低。通过制备高孔隙率的碳材料作为载体可以提高锂空气电池的比容量， 夏永姚等(J Solid State Electrocheml4 (2010) 109-114)提出大比表面积的“超P炭黑”(Super P carbon black(CB))作为催化剂载体，在较低的放电速率下获得了较好的结果，但是在较高的电流密度时，放电产物沉积不均勻，在空气电极表面形成一层致密的产物膜，结果阻止了氧气向内部的传输，导致放电终止，使空气电极使用效率降低。夏永姚 (Chemistry of Materials 19 Q007) 2095-2101)等提出以有序介孔碳CMK-3作为催化剂载体，并认为CMK-3的部分微孔中无催化剂沉积，放电过程中可始终保持畅通，形成了较好的扩散电极，但是这种设计不具有普遍性，不利于推广。因此，设计一种更具实用性的空气电极结构成为开发高性能锂空气电池的关键和热点。迄今为止，本领域尚未开发出一种能够在保证空气电极高比容量的同时，有效缓解放电产物对空气电极的局部阻塞，提高锂空气电池倍率性能及循环稳定性的锂空气电池空气电极材料。因此，本领域迫切需要开发出一种能够在保证空气电极高比容量的同时，有效缓解放电产物对空气电极的局部阻塞，提高锂空气电池倍率性能及循环稳定性的锂空气电池空气电极材料
技术实现思路
本专利技术提供了一种新颖的，从而解决了现有技术中存在的问题。一方面，本专利技术提供了一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物，它包含，以所述组合物的总重量计10-40重量份的第一载体，其表面负载有5-30重量份的催化剂；10-40重量份的第二载体，其进行了疏油性处理；以及5-20重量份的粘结剂；其中，所述第一载体和第二载体相同或不同，选自碳材料、有机高分子聚合物、单质金属、以及它们的组合。在一个优选的实施方式中，所述碳材料选自乙炔黑、活性炭、泡沫碳、有序介孔碳、碳纳米管和碳纳米纤维；所述有机高分子聚合物选自聚苯胺、聚丙胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、以及它们的衍生物；所述单质金属选自Ni、Al和Ti。在另一个优选的实施方式中，所述催化剂选自单一金属氧化物、金属复合氧化物、具有电化学催化氧还原以及氧化活性的金属单质、以及它们的组合。在另一个优选的实施方式中，所述单一金属氧化物选自Co304、MnO2, Mn203> CoO、 ZnO, V2O5, MoO, Cr2O3> Fe3O4, Fe2O3> FeO, CuO和NiO ；所述金属复合氧化物选自尖晶石型金属复合氧化物、烧绿石型金属复合氧化物、以及钙钛矿型金属复合氧化物；所述具有电化学催化氧还原以及氧化活性的金属单质选自Pt、Au、Ag、Au、Co、Si、V、Cr、Pd、Rh、Cd、Nb、Mo、 Ir、Os、Ru、Ni、它们的合金、以及它们的组合。在另一个优选的实施方式中，所述粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、 聚氧化乙烯、聚丙烯腈、以及它们的共聚物。在另一个优选的实施方式中，所述第一载体和第二载体的尺寸为50-1000nm，所述第一载体和第二载体形成的孔径尺寸为5-lOOnm。另一方面，本专利技术提供了一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物的制备方法，该方法包括，以所述组合物的总重量计提供10-40重量份的第一载体，在其表面负载5-30重量份的催化剂；提供10-40重量份的第二载体，对其进行疏油性处理；以及将经处理的第一载体和第二载体按5/1至1/10的重量比与5-20重量份的粘结剂均勻混合，得到双载体复合的锂空气电池空气电极组合物，其中，所述第一载体和第二载体相同或不同，选自碳材料、有机高分子聚合物、单质金属、以及它们的组合。在一个优选的实施方式中，所述催化剂的负载方式选自载体表面原位化学反应沉积、浸渍法、电镀沉积、以及物理蒸镀。在另一个优选的实施方式中，所述催化剂负载厚度为0. 5-50nm。在另一个优选的实施方式中，所述疏油性处理选自酸处理、水处理、以及极性处理。再一方面，本专利技术提供了一种锂空气电池用正极，它包含上述双载体复合的锂空气电池空气电极组合物。又一方面，本专利技术提供了一种锂空气电池，它包含上述锂空气电池用正极作为空气电极。 附图说明图1是实施例1-2中使用的载体材料CMK-3的TEM (透射电子显微镜)照片。图2是对比例1、实施例1和实施例2中所得的复合材料电极的首次充放电曲线， 示出了比容量与电压的变化关系。具体实施例方式本专利技术的专利技术人在经过了广泛而深入的研究之后发现，针对现有技术中锂空气电池正极不溶产物局部堵塞空气电极，降低空气电极孔隙的利用率，从而造成容量的损失，降低循环性能与倍率性能等问题，利用双载体复合的方式，将催化剂均勻负载于其中一部分载体，而另一部分载体无催化剂负载，在放电时，无催化剂负载的载体材料孔隙中无产物沉积，可始终保证氧气的传输通道畅通，从而制备出一种高效率锂空气电池扩散电极，其能够在保证空气电极高比容量的同时，有效缓解放电产物对空气电极的局部阻塞，提高锂空气电池倍率性能及循环稳定性。基于上述发现，本专利技术得以完成。在本专利技术的第一方面，提供了一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物，它包含，以所述组合物的总重量计10-40重量份的第一载体，其表面负载有5-30重量份的催化剂；10-40重量份的第二载体，其进行了疏油性处理；以及5-20重量份的粘结剂。在本专利技术中，所述第一载体和第二载体可以是相同的材料，也可以是不同的材料， 或者多种材料的组合，选自碳材料，例如乙炔黑、活性炭、泡沫碳、有序介孔碳、碳纳米管、 碳纳米纤维等；其他具有良好的电子导电性的有机高分子聚合物，例如聚苯胺、聚丙胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、以及它们的衍生物；以及单质金属，例如Ni、Al、Ti等。为了获得化学稳定的高性能复合空气电极，对于载体的选择原则是高孔隙率、高比表面积、与催化剂及有机电解液具有较好的相容性、化学性质稳定、电子导电性好。较佳地，所述第一载体和第二载本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种双载体复合的锂空气电池空气电极组合物，它包含，以所述组合物的总重量计：１０－４０重量份的第一载体，其表面负载有５－３０重量份的催化剂；１０－４０重量份的第二载体，其进行了疏油性处理；以及５－２０重量份的粘结剂；其中，所述第一载体和第二载体相同或不同，选自：碳材料、有机高分子聚合物、单质金属、以及它们的组合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，崔言明，刘宇，梁宵，吴相伟，张敬超，
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：31
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