[发明专利]一种环境空气中锂空气电池电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂空气电池电极的制备方法，更具体地说，是涉及一种可直接环境空气中运行的可充电锂空气电池电极的制备方法，属于化学电源及相关领域。

背景技术

锂空气电池的理论比容量是现在普通锂离子电池的10倍左右，这意味着电池能够储存更多的能量。对于解决当前的环境污染和能源短缺问题来说，锂空气电池作为新一代的储能技术显得尤为重要。锂空气电池作为一个开放体系，当前大部分的研究是将其置于纯净氧气氛围中来运行，回避了空气中水蒸气、二氧化碳、氮气和灰尘等其他污染物的影响。而在实际的应用过程中则必须在开放的环境空气中运行，现在在环境空气中运行的锂空气电池一部分研究是将锂空气电池直接作为一次电池，不考虑进行充电；另一些研究则采用固态电解质或外加防水透气膜来在空气中反复使用，这增加了工艺的复杂性和制造成本。因此，开发一种工艺简单，成本低廉，高效可行的并且能够直接在环境空气中反复充电使用的锂空气电池电极的制备方法具有重要意义。

现有技术中，CN103579715A公开了一种可在空气中工作的扣式锂空气电池，其防护性空气电极由空气电极和防护膜组成，这增加了工艺复杂性和成本。且该锂空气电池在空气中只能一次性放电，不能充电而重复使用。此外，该发明测试条件除了室温外，还规定湿度为30％，这不贴近实际。CN103367840A公开了一种基于碳纤维膜集流体的锂空气电池的制备方法，该专利将12％的聚四氟乙烯与碳纳米管按质量比70:30混合均匀擀膜制备防水透气膜。该专利在组装的扣式锂空气电池中还外加了吸液膜，并且该专利在集流体上沉积了纳米粒子阵列，工艺复杂，也增加了制造的难度。CN101267057A公开了一种高比能可充电式全固态锂空气电池。该专利采用了固态电解质，固态电解质又采用多层超薄LIPON/高分子的混合膜，无疑大大增加了制备难度和成本。该专利正极采用介孔碳/氧化锰复合材料，需要高温焙烧制备，空气电极制备时间周期变长，能耗增加。P.Tan等(Energy&Environmental Science,2016，5：1783-1793)采用RuO₂/NiO为空气电极的材料，而钌是贵金属，镍又存在安全性问题，并不适于推广。Ye Zhang等(Angew.Chem.Int.Ed,2016，14：4487-4491)锂空气电池采用全固态电解质在空气中运行，额外的电解质制备增加成本。Shiting Huang等(Electrochimica Acta,2016,191:473-478)采用垂直碳纳米管阵列生长到不锈钢上来制备空气电极，这种方法工艺复杂，碳纳米管价格也比较昂贵，环境空气条件限定温度为26℃，湿度为40％，对环境条件要求苛刻。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种环境空气中锂空气电池电极的制备方法。该方法采用商业化碳材料科琴黑作为电极材料，并以疏水碳纸同时作为集流体和疏水层，制得的锂空气电池在室温(25±2℃)环境空气中测试，不限定空气湿度，完全为真实空气环境。本发明材料易得，制备过程和工艺简单；电极组装的锂空气电池无需防护，便可直接在环境空气中运行，不需要额外固态电解质或防水透气膜来保护，成本低廉。

本发明的技术方案为：

一种环境空气中锂空气电池电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将科琴黑和聚四氟乙烯乳液混合，制成浆料一；所述浆料中科琴黑质量的百分数为80-90％；聚四氟乙烯乳液为质量百分数为10～15％的水溶液；

2)向上述浆料中滴加无水乙醇，然后混合，得到浆料二；其中，每30～80mg浆料滴加2～8滴无水乙醇；

3)将浆料二静置挥发为原来质量的35～65％，得到泥状原料，将泥状原料压制成10-30微米厚的催化剂炭膜；

4)将催化剂炭膜干燥后，与疏水碳纸复合压制，得到环境空气中锂空气电池的电极；其中，压制压力为0.1～4Mpa。

所述环境空气中锂空气电池电极的应用，用于组装直接在环境空气中运行的可充电锂空气电池。

本发明的有益效果是：