[发明专利]一体化复合氧电极及制备方法与应用

说明书

本发明公开了一体化复合氧电极及制备方法与应用，制备方法为：将聚氧乙烯溶解在乙腈中，加入锂盐和无机电解质制成均匀的电解质膜浆料；将聚氧乙烯溶解在N‑甲基吡咯烷酮中，加入锂盐和无机电解质制成复合粘结剂浆料；将复合粘结剂浆料与催化剂研磨，均匀涂覆在集流体上，干燥，得到复合氧电极；将电解质膜浆料倒在复合氧电极上，刮平，干燥，得到一体化复合氧电极；本发明的一体化氧电极使用具有导离子特性的复合电解质材料代替惰性粘结剂，构建了从氧电极到电解质的锂离子连续传输通道，实现了较低的氧电极/电解质界面阻抗，拓展了氧电极内三相反应界面，提高了固态锂氧电池的充放电循环性能。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体地涉及一体化复合氧电极及制备方法与应用。

背景技术

固态锂金属电池(SSLB)是一种非常有希望替代传统锂离子电池的新型电池体系，二者的不同之处在于锂离子电池使用碳基电极和液态有机电解液，而固态电池因为使用了固态电解质(SSE)和锂金属负极，具有更高的能量密度且不易燃，安全性很高。固态锂氧(Li-O₂)电池(SSLOB)拥有半开放式结构，可以最大程度发挥固态锂金属电池能量密度高的优点。此外，基于SSE固有的高稳定性和机械强度，SSLOB还可以抑制液态锂氧电池中不可逆的副反应以及绝缘副产物的累积。同时还可以抑制锂枝晶的穿透并保护锂金属避免与空气中的O₂、水分和二氧化碳接触发生腐蚀反应。

尽管SSLOB具有显著的优势，但其进展却相对比较缓慢，主要原因在于较差的固-固接触造成非常大的界面阻抗。在电池的充放电循环过程中界面会持续恶化，导致电池的性能衰减。SSLOB在放电过程中，氧电极在由SSE相、催化剂和氧气形成的三相界面(TPBs)处生成导电性较差的Li₂O₂产物，并在随后的充电过程中进行可逆分解。因此在循环过程中保持氧电极和固态电解质之间良好的固-固界面接触对于电池的充放电性能至关重要。调控固态电解质和电极之间界面的方法主要有在固态电解质与电极之间加入一层柔性的中间层、施加外加压力、对界面进行处理和修饰、共烧结等。界面处理和修饰的方法有脉冲激光沉积(PLD)、化学气相沉积(CVD)、球磨等，PLD方法一般都是在电解质表面沉积一层金属或者亲锂性物质，进而达到减小界面阻抗的目的，但这种方法的缺点是费用高且单次能够处理的面积较小。共烧结一般是将锂离子正极材料和固态电解质在高温下一起焙烧，从而实现电极-电解质的紧密接触，这种方法缺点是烧结温度较高且某些正极材料会和固态电解质发生反应，导致电解质组成和结构发生变化，电导率降低。

中国专利CN110165286A公开了一种全固态锂离子电池及其一体化复合烧结制备工艺，全固态锂离子电池包括至少一种电极-电解质复合电极片构成，所述电极-电解质复合电极片中电极为氧化物锂电正极或氧化物负极材料，电解质为固态氧化物电解质。但该电池中的电极制备复杂，需高温烧结，能耗高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一体化复合氧电极。

本发明的第二个目的是提供一体化复合氧电极的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一体化复合氧电极在制备固态锂氧电池中的应用。

本发明的技术方案概述如下：

一体化复合氧电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)电解质膜浆料的制备：将聚氧乙烯溶解在乙腈中，在搅拌下，加入锂盐，再加入无机电解质制成均匀的混合液，继续搅拌12～16h；

聚氧乙烯与锂盐的摩尔比为10～20:1；

聚氧乙烯与乙腈的质量比为1：(9～13)；

无机电解质的质量为聚氧乙烯与无机电解质两者总质量的10％～30％；