[发明专利]一种过氧化锂电极及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种过氧化锂电极及其制备方法和应用，过氧化锂电极包括基板、沉积在所述的基板中的过氧化锂，所述的基板包括导电骨架、形成在所述的导电骨架上的多孔层，所述的导电骨架为金属材质。本发明所涉过氧化锂电极制备方法具有工艺简单、成本低、污染少的特点，避免了传统锂氧电池或者锂空气电池中氧电极碳载体及催化剂腐蚀损失、极化大等问题，同时成本低、易于规模生产。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种过氧化锂电极及其制备方法，可作为正极用于锂氧电池或锂空气电池体系中。

背景技术

现代社会对煤和石油等矿物能源的需求巨大，造成温室效应和日渐严重的空气、生态环境的污染，对我们赖以生活的地球家园构成了较为严峻的威胁。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。而可再生能源发电具有时差性和不稳定性，需要规模蓄电技术来解决可再生能源的不稳定性问题。

化学蓄电池是电动工具、电动车、电网等储能的重要手段，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。电池具有良好的电性能，且容易做到环保清洁无污染，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。

金属空气电池是化学蓄电池的重要分支，其以金属负极储存能量，正极空气是取之不尽的，这样也就带来了巨大的比能量。而以金属锂做为负极，空气电极做为正极的锂氧电池/锂空气电池开路电压为2.91V，理论能量密度为5200Wh/kg，当氧气由外界环境提供时，电池本体的能量密度可达1000Wh/kg以上，能量密度远高于目前的锂离子电池，也远高于甲酸、甲醇等燃料电池的能量密度。

目前，锂空气电池还处于起步阶段，2006年P.G.Bruce首次报导了具有良好循环性能的锂空气电池(Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(4):1390-1393)，使锂空气电池有望成为新一代的二次电池。锂空气电池按其构造和原理，主要分为三类：有机体系、有机-水混合体系、固态体系。其中有机体系由于具有较高的能量密度、结构简洁，且可利用锂离子电池技术、溶剂与反应无关等特点，而受到重视。有机体系锂空气电池主要由金属锂负极、含有可溶性锂盐的有机电解液以及空气电极(即正极，通常主要由高比表面积的多孔碳组成)所构成。

有机体系锂空气电池放电时，在负极上发生氧化反应：Li→Li++e-，而在正极上Li+与O2反应生成过氧化锂(Li2O2)或氧化锂(Li2O)：

2Li+O2→Li2O2 E0= 2.96 V vs. Li/Li+

4Li+O2→2Li2O E0= 2.91 V vs. Li/Li+

催化剂及足够高的充电电压存在时，上述反应将是可逆的，并在充电时正极上发生析氧反应、负极沉积金属锂。因此，有机体系可以实现锂空气电池的再充电。有机体系锂空气电池放电到2.0V生成过氧化锂，充电到4.5V以上过氧化锂可完全消失，充电过电位较高，体系的能量效率低(仅约60%)。