專利名稱：鋰空氣電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰空氣電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，作為便攜式電子儀器、電動(dòng)汽車等的動(dòng)力源而研發(fā)的鋰空氣電池，是指通過(guò)使鋰與空氣相接觸，與鋰離子電池相比具有顯著的高能量密度，并具有小型化、輕量化等優(yōu)點(diǎn)的電池。這種鋰空氣電池通過(guò)將電解質(zhì)注入蓄電池組電池而使用，該蓄電池組電池包括正極，其包含對(duì)鋰進(jìn)行氧化和還原的正極活性物質(zhì)；負(fù)極，其包含可以對(duì)鋰進(jìn)行嵌入和脫出的負(fù)極活性物質(zhì)?！?br> 通常，作為上述負(fù)極活性物質(zhì)主要使用鋰金屬，但鋰金屬若接觸到水，則發(fā)生急劇的爆炸反應(yīng)，若接觸到空氣，則被急劇氧化而失去活性，因此穩(wěn)定性受到限制，從而在目前還很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和大型化。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明一個(gè)方案的目的在于提供一種改善穩(wěn)定性從而能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化和大型化的鋰空氣電池。解決課題的方法本發(fā)明的一個(gè)方案提供一種鋰空氣電池，其包括正極，其包含集電體和位于所述集電體上且包含正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層；負(fù)極，其包含負(fù)極活性物質(zhì)；以及電解質(zhì)，其中，上述正極活性物質(zhì)包含過(guò)氧化鋰(Li202)、氧化鋰(Li20)、氫氧化鋰(LiOH)或者這些的組合物，上述負(fù)極活性物質(zhì)包含鋰合金、能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)、過(guò)渡金屬氧化物或者這些的組合物。上述正極活性物質(zhì)層可以進(jìn)一步包括導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包含碳質(zhì)材料、金屬粉末、金屬纖維或者這些的組合物，上述碳質(zhì)材料可以包含天然石墨、人工石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳納米管或者這些的組合物。上述正極活性物質(zhì)層可以進(jìn)一步包含催化劑，上述催化劑可以包含四氧化三鈷(Co304)、二氧化猛(Μη02)、氧化鋪(Ce02)、鉬金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、三氧化二鐵(Fe203)、四氧化三鐵(Fe304)、氧化鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、^鈦礦(perovskite)類催化劑或者這些的組合物，上述催化劑可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)1-50重量％。上述正極活性物質(zhì)可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)的5-50重量％。上述鋰合金可以包含金屬合金，該金屬合金包含鋰和Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al、Sn或者這些的組合物，上述能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)可以包含Si、含硅(Si)合金、Si-C復(fù)合材料、SiOx (0〈x〈2)、Sn、含錫(Sn)合金、Sn-C復(fù)合材料、SnO2或者這些的組合物，上述過(guò)渡金屬氧化物可以包含釩氧化物、鋰釩氧化物、鈦氧化物或者這些的組合物。上述鋰空氣電池可以包含接頭套管(swagelok)式、硬幣形狀或袋形狀。以下，對(duì)本發(fā)明的其他方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。發(fā)明的效果可以通過(guò)改善穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和大型化的鋰空氣電池。


圖I是表不實(shí)施例I的鋰空氣電池的充放電性能的圖表。圖2是表不實(shí)施例2的鋰空氣電池的充放電性能的圖表。 圖3是表示比較例I的鋰空氣電池的充放電性能的圖表。圖4是表示比較例2的鋰空氣電池的充放電性能的圖表。
具體實(shí)施例方式以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。但這只是示例，本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明僅根據(jù)隨附權(quán)利要求的范圍定義。在本說(shuō)明書沒(méi)有特別指出的情況下，當(dāng)假設(shè)層、膜、領(lǐng)域、板等部分位于其他部分“上”時(shí)，其不僅包括位于其他部分“上面”的情況，還包括在二者之間還存在其他部分的情況。相反，當(dāng)某個(gè)部分位于其他部分“上面”時(shí)，則表示二者之間不存在其他部分。具體實(shí)施例的鋰空氣電池包括電池單元,該電池單元包括正極；負(fù)極，其與上述正極對(duì)置；隔膜，其配置在上述正極和上述負(fù)極之間；電解質(zhì)，其浸潰上述正極、上述負(fù)極以及上述隔膜。上述正極包括集電體和形成在上述集電體上的正極活性物質(zhì)層。上述正極活性物質(zhì)層包含正極活性物質(zhì)。作為上述集電體可以采用鋁(Al)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈦(Ti)、不銹鋼等，但并不限于此。上述集電體的形狀可舉出的有箔狀、板狀、網(wǎng)格(或柵格)狀、泡沫(或海綿)狀等，其中優(yōu)選為集電效率優(yōu)異的泡沫(或海綿)狀。上述正極活性物質(zhì)可以使用過(guò)氧化鋰(Li202)、氧化鋰(Li20)、氫氧化鋰(LiOH)或者這些的組合物，其中優(yōu)選可以使用過(guò)氧化鋰(Li2O2)15當(dāng)充電時(shí),如Li2O2這樣的上述正極活性物質(zhì)被分解而生成鋰離子并向負(fù)極移動(dòng)，當(dāng)放電時(shí)，再進(jìn)行生成如Li2O2這樣的上述正極活性物質(zhì)的反應(yīng)，由此能改善鋰空氣電池的穩(wěn)定性。上述正極活性物質(zhì)可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)5-50重量％。當(dāng)上述正極活性物質(zhì)在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述正極活性物質(zhì)層可進(jìn)一步包含導(dǎo)電材料、催化劑以及粘合劑中的至少一個(gè)。上述導(dǎo)電材料是為了向電極賦予導(dǎo)電性而使用的，對(duì)所構(gòu)成的電池而言，可以使用任意導(dǎo)電材料，只要是不引起化學(xué)變化的電子導(dǎo)電材料即可。上述導(dǎo)電材料具體可以舉出碳質(zhì)材料、金屬粉末、金屬纖維或者這些的組合物。上述碳質(zhì)材料優(yōu)選具有多孔結(jié)構(gòu)、大比表面積，其可以舉出的有天然石墨、人工石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳納米管或者這些的組合物，上述金屬粉末和金屬纖維可以使用銅、鎳、鋁、銀等金屬。另外，也可以混合使用一種或一種以上的聚亞苯基衍生物等的導(dǎo)電性材料。
上述導(dǎo)電材料可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)30-50重量％。當(dāng)上述導(dǎo)電材料在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述催化劑包含于上述導(dǎo)電材料，具有促進(jìn)上述正極活性物質(zhì)進(jìn)行分解的作用，具體可以舉出四氧化三鈷(Co304)、二氧化猛(Μη02)、氧化鋪(Ce02)、鉬金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、三氧化二鐵(Fe203)、四氧化三鐵(Fe304)、氧化鎳(NiO)、氧化銅(CuO)、鈣鈦礦(perovskite)類催化劑或者這些的組合物。上述催化劑可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)1-50重量％。當(dāng)上述催化劑在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能使正極活性物質(zhì)順利分解，由此能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述粘合劑具有使正極活性物質(zhì)顆粒之間易于附著，并且使正極活性物質(zhì)易于附著在集電體的作用，具體可以舉出聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、二乙酰基 纖維素、聚氯乙烯、羧基化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、環(huán)氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、?；”较鹉z、環(huán)氧樹脂、尼龍等，但并不限于此。上述粘合劑可以包含基于上述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)5-30重量％。當(dāng)上述粘合劑在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述正極在制作鋰空氣電池時(shí)，以露出于空氣中的方式設(shè)計(jì)。通過(guò)將正極露出于空氣中，能使正極活性物質(zhì)分解而產(chǎn)生的氧氣向電池外部排出，由此能防止電解質(zhì)被分解而產(chǎn)生的氧氣氧化的現(xiàn)象。而且也能防止當(dāng)產(chǎn)生小火花時(shí)由氧氣而引起的爆炸和由該氧氣而引起的電池體積的膨脹。上述負(fù)極包括集電體和形成在上述集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層。上述負(fù)極活性物質(zhì)層包含負(fù)極活性物質(zhì)。上述集電體可以使用銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鈦箔、鎳發(fā)泡體(foam)、銅發(fā)泡體、涂布傳導(dǎo)性金屬的聚合物材料或者這些的組合物，但并不限于此。上述負(fù)極活性物質(zhì)可以使用鋰合金、能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)、過(guò)渡金屬氧化物或者這些的組合物。當(dāng)采用上述負(fù)極活性物質(zhì)制作具體實(shí)施例的鋰空氣電池時(shí)，與使用鋰金屬的情況相比能劃時(shí)代地增加穩(wěn)定性。上述鋰合金可以使用鋰與Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、
Ra、Ge、Al、Sn或者包含這些的組合物的金屬合金。上述能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)可以舉出Si、Si_C復(fù)合材料、Si0x(0〈x〈2)、Si-Y合金(上述Y是堿金屬、堿土金屬、第13族至第16族元素、過(guò)渡金屬、稀土元素或者這些的組合物，但不是Si)，Sn、Sn-C復(fù)合材料、SnO2, Sn-Y合金(上述Y是堿金屬、堿土金屬、第13族至第16族元素、過(guò)渡金屬、稀土元素或者這些的組合物，但不是Sn)等，并且可以將其中的至少一種與SiO2混合使用。上述元素Y可以舉出Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Ti、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po 或者這些的組合物。當(dāng)將上述負(fù)極活性物質(zhì)用于鋰空氣電池時(shí)，具有高于碳質(zhì)材料的理論容量，理論密度也高于碳質(zhì)材料，因此可以制作出具有優(yōu)異能量密度的鋰空氣電池。對(duì)上述負(fù)極活性物質(zhì)而言，優(yōu)選可以使用上述能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)，更優(yōu)選可使用Si-C復(fù)合材料或Sn-C復(fù)合材料。當(dāng)將上述負(fù)極活性物質(zhì)用于鋰空氣電池時(shí)，由于具有更低的電壓并具有較高的容量和穩(wěn)定的壽命性能，因此可以制作具有高能量密度的鋰空氣電池。上述過(guò)渡金屬氧化物可以舉出釩氧化物、鋰釩氧化物、鈦氧化物或者這些的組合物，但并不限于此。上述負(fù)極活性物質(zhì)可以包含基于上述負(fù)極活性物質(zhì)層總量計(jì)30-95重量％，當(dāng)上述負(fù)極活性物質(zhì)在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述負(fù)極活性物質(zhì)層可以進(jìn)一步包含導(dǎo)電材料和粘合劑中的至少一種。上述導(dǎo)電材料是為了對(duì)電極賦予導(dǎo)電性而使用的，對(duì)構(gòu)成的電池而言，可以使用
任意導(dǎo)電材料，只要是不引起化學(xué)變化的電子導(dǎo)電材料即可。上述導(dǎo)電材料具體可以舉出碳質(zhì)材料、金屬粉末以及金屬纖維或者這些的組合物。上述碳質(zhì)材料可以列舉天然石墨、人工石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維或者這些的組合物，上述金屬粉末和金屬纖維可以使用銅、鎳、鋁、銀等金屬。而且，可以混合使用一種或一種以上的聚亞苯基衍生物等的導(dǎo)電性材料。上述導(dǎo)電材料可以包含基于上述負(fù)極活性物質(zhì)層總量計(jì)1-50重量％。當(dāng)上述導(dǎo)電材料在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述粘合劑具有使正極活性物質(zhì)顆粒之間易于附著，并且使正極活性物質(zhì)易于附著在集電體的作用，具體可以舉出聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、二乙?；w維素、聚氯乙烯、羧基化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、環(huán)氧乙烷聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、?；”较鹉z、環(huán)氧樹脂、尼龍等，但并不限于此。上述粘合劑可以包含基于上述負(fù)極活性物質(zhì)層總量計(jì)3-30重量％。當(dāng)上述粘合劑在上述含量范圍內(nèi)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)穩(wěn)定的鋰空氣電池。上述正極和上述負(fù)極通過(guò)如下方法制備將各活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料和粘合劑混合在溶劑中而制備活性物質(zhì)組合物，并將該組合物涂覆于集電體。上述正極在制作鋰空氣電池制作時(shí)以露出于空氣中的方式設(shè)計(jì)。由于這種電極制備方法是本領(lǐng)域公知的方法，因此在本說(shuō)明書中省略其詳細(xì)說(shuō)明。上述溶劑可以使用N-甲基吡咯烷酮等，但并不限于此。上述隔膜可以是單層膜或多層膜，例如可以由聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯或者這些的組合物制作。上述電解質(zhì)可以是固體電解質(zhì)或液體電解質(zhì)。上述固體電解質(zhì)可以使用聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯或者這些的組合物。上述液體電解質(zhì)可以使用非水有機(jī)溶劑。上述非水有機(jī)溶劑具有能移動(dòng)與電池的電化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的離子的媒介作用。上述非水有機(jī)溶劑可以在碳酸酯類、酯類、醚類、酮類、醇類以及非質(zhì)子性溶劑中進(jìn)行選擇。上述碳酸酯類溶劑例如可以使用碳酸二甲酯(dimethyl carbonate, DMC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate, DEC)、碳酸二丙酯(dipropylcarbonate, DPC)、碳酸甲丙酯(methylpropyl carbonate, MPC)、碳酸乙丙酯(ethylpropyl carbonate, EPC)、碳酸甲乙酯(methyl ethyl carbonate, MEC)、碳酸乙甲酯(ethylmethyl carbonate, EMC)、碳酸亞乙酯(ethylene carbonate,EC)、碳酸亞丙酯(propylenecarbonate,PC)、碳酸亞丁酯(butylenecarbonate, BC)等。另外，例如上述酯類溶劑可以使用乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸二甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、Y- 丁內(nèi)酯、癸內(nèi)酯(decanolide)、戍內(nèi)酯(valerolactone)、甲輕戍酸內(nèi)酯(mevalonolactone)、己內(nèi)酯(caprolactone)等。上述醚類溶劑例如可以使用二丁醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃、四氫呋喃等，上述酮類溶劑可以使用環(huán)己酮等。此外，上述醇類溶劑可以使用乙醚、異丙醚等。另外，上述非水有機(jī)溶劑可以使用四乙二醇二甲醚、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇、聚乙二醇二烷基醚、聚烷撐二醇二烷基醚或者這些的組合物。上述非水有機(jī)溶劑可以單獨(dú)使用或多種混合使用，多種混合使用時(shí)的混合比例可根據(jù)所要求的電池性能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整?！?br> 上述電解質(zhì)可以包含鋰鹽。上述鋰鹽如下其溶解于上述非水有機(jī)溶劑，由此在電池內(nèi)起到鋰離子供應(yīng)源的作用，從而可使鋰空氣電池工作，而且具有促進(jìn)鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)的作用。上述鋰鹽具體可以舉出LiPF6、LiBF4,LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3^LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)(此處，x 和 y 為自然數(shù))、LiCl, LiI,LiB (C2O4) 2 (二草酸根合硼酸鋰(lithium bis (oxalato) borate ；LiB0B))或者這些的組合物。上述鋰鹽的濃度優(yōu)選在約0. IM至約2. OM范圍內(nèi)使用。如果鋰鹽的濃度在上述范圍內(nèi)，則電解質(zhì)能具有適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率和粘度，因此能體現(xiàn)優(yōu)異的電解質(zhì)性能，并且能有效地移動(dòng)鋰離子。上述鋰空氣電池可以制作成接頭套管(swagelok)式，也可以制作成硬幣、袋等形狀。實(shí)施例以下，列舉本發(fā)明的具體實(shí)施例。但是，下述實(shí)施例僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的示例或說(shuō)明，本發(fā)明并不限于此。而且，就未在此處進(jìn)行說(shuō)明的內(nèi)容而言，只要是本領(lǐng)域技術(shù)人員，就能夠充分進(jìn)行技術(shù)性類推，因此省略其說(shuō)明。(鋰空氣電池的制作)[實(shí)施例I]在混合有28mmol的間苯二酌·(Aldrich公司)和120mmol的甲醒(37%的水溶液，Aldrich公司)的溶液中，以45:100摩爾比添加碳酸鈉和間苯二酚并進(jìn)行混合。將混合的溶液在75°C下混合I小時(shí)，然后在室溫下將形成為凝膠狀態(tài)的混合體進(jìn)行24小時(shí)的陳化(aging)。之后，用水和乙醇清洗已陳化的混合體而去除碳酸鈉。將由此得到的結(jié)構(gòu)體在三丁基苯基錫(tributylphenyltin) (Aldrich公司)溶液中浸泡一天,然后在Ar氣氛、700°C下進(jìn)行2小時(shí)的熱處理而制備Sn-C復(fù)合材料。將制備的Sn-C復(fù)合材料粉末、聚偏氟乙烯(PVDF)以及炭黑(superP)分別以80:10:10的重量比混合，并將其分散于N-甲基-2-吡咯烷酮而制備負(fù)極活性物質(zhì)層組合物。在將上述負(fù)極活性物質(zhì)層組合物澆鑄到銅箔后，將澆鑄的電極在100°c的烘箱中烘干2小時(shí)，然后真空烘干12小時(shí)以上，由此制備負(fù)極。將過(guò)氧化鋰(Li202)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及炭黑(super P)分別以45:10:45的重量比混合，并將其分散于N-甲基-2-吡咯烷酮而制備正極活性物質(zhì)層組合物。在將上述正極活性物質(zhì)層組合物澆鑄到鋁網(wǎng)格(mesh)后，將澆鑄的電極在100°C的烘箱中烘干2小時(shí)，然后真空烘干12小時(shí)以上，由此制備正極。使用上述制備的負(fù)極和正極、多孔性聚乙烯膜的隔膜(美國(guó)Celgard，LLC公司；Celgard 3501)制作接頭套管(swagelok)式的鋰空氣電池。此時(shí),為了能使氧氣更好地通過(guò)，制備具有孔的上述正極。將在碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合體積比為3:7的混合溶液中溶解有IM濃度的LiPF6的電解質(zhì)，注入上述正極和負(fù)極之間，由此制作鋰空氣電池。[實(shí)施例2] 將IOOnm尺寸的Si粉末和5 μ m大小的天然石墨粉末以30:70的重量比混合，并將其混合在四氫呋喃溶液中。在混合基于上述混合溶液100重量份計(jì)33重量份的浙青(pitch)后，進(jìn)行12小時(shí)的球磨研磨。將上述混合的溶液在100°C的真空烘箱中烘干6小時(shí)，然后在Ar氣氛、1000°C下進(jìn)行5小時(shí)的熱處理，由此制備Si-C復(fù)合材料。將制備的Sn-C復(fù)合材料粉末、炭黑(super P)、羧甲基纖維素以及丁苯橡膠分別以85:5:3. 3:6. 7的重量比混合在水中，由此制備負(fù)極活性物質(zhì)層組合物。在將上述負(fù)極活性物質(zhì)層組合物澆鑄到銅箔后，將澆鑄的電極在100°C的烘箱中烘干2小時(shí)，然后真空烘干12小時(shí)以上，由此制備負(fù)極。將過(guò)氧化鋰(Li202)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及炭黑(super P)分別以45:10:45的重量比混合，并將其分散于N-甲基-2-吡咯烷酮而制備正極活性物質(zhì)層組合物。在將上述正極活性物質(zhì)層組合物澆鑄到鋁網(wǎng)格(mesh)后，將澆鑄的電極在100°C的烘箱中烘干2小時(shí)，然后真空烘干12小時(shí)以上，由此制備正極。使用上述制備的負(fù)極和正極、多孔性聚乙烯膜的隔膜(美國(guó)Celgard，LLC公司；Celgard 3501)制作接頭套管(swagelok)式的鋰空氣電池。此時(shí),為了能使氧氣更好地通過(guò)，制備具有孔的上述正極。將在碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合體積比為3:7的混合溶液中溶解有IM濃度的LiPF6的電解質(zhì)，注入在上述正極和負(fù)極之間，由此制作鋰空氣電池。[比較例I]將過(guò)氧化鋰(Li202)、聚偏氟乙烯(PVDF)和炭黑(super P)分別以45:10:45的重量比混合，并將其分散于N-甲基-2-吡咯烷酮而制備正極活性物質(zhì)層組合物。在將上述正極活性物質(zhì)層組合物涂布在鎳泡沫的集電體上并進(jìn)行烘干和軋制，由此制備了正極。將人工石墨(MCMB)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及炭黑(super P)分別以92:5:3的重量比混合，并將其分散于N-甲基-2-吡咯烷酮而制備負(fù)極活性物質(zhì)層組合物。將上述負(fù)極活性物質(zhì)層組合物涂布于15 μ m厚度的銅箔并進(jìn)行烘干和軋制，由此制備了負(fù)極。使用上述制備的負(fù)極和正極、多孔性聚乙烯膜的隔膜(美國(guó)Celgard，LLC公司；Celgard 3501)制作接頭套管(swagelok)式的鋰空氣電池。此時(shí),為了能使氧氣更好地通過(guò)，制備具有孔的上述正極。將在碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合體積比為3:7的混合溶液中溶解有IM濃度的LiPF6的電解質(zhì)，注入上述正極和負(fù)極之間，由此制作鋰空氣電池。[比較例2]除了在比較例I中的將過(guò)氧化鋰(Li202)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及包含于炭黑(super P)的催化劑MnO2 (基于100重量份的炭黑計(jì)5重量份)分別以45:10:45的重量比混合而制備正極之外，采用與比較例I相同的方法制作了鋰空氣電池。[實(shí)驗(yàn)例I:鋰空氣電池的電化學(xué)特性的評(píng)價(jià)]為了評(píng)估鋰空氣電池的電化學(xué)特性，對(duì)以上所制作的實(shí)施例I和2、比較例I和2的鋰空氣電池的充放電性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，其結(jié)果表示在圖1-4中。將實(shí)施例I的鋰空氣電池放入充滿氧氣的腔內(nèi)，然后在I. 2-4. 5V下以10mA/g的 電流實(shí)施了一次充電和放電。另外，將實(shí)施例2的鋰空氣電池在2. 0-4. 5V下以5mA/g的電流實(shí)施了一次充電和放電。此外，將比較例I和2的鋰空氣電池在2. 0-4. IV下以10mA/g的電流實(shí)施了一次充電和放電。圖I是表不實(shí)施例I的鋰空氣電池的充放電性能的圖表，圖2是表不實(shí)施例2的鋰空氣電池的充放電性能的圖表，圖3是表示比較例I的鋰空氣電池的充放電性能的圖表，圖4是表示比較例2的鋰空氣電池的充放電性能的圖表。參照?qǐng)D1-4可以確認(rèn)根據(jù)具體實(shí)施例，將過(guò)氧化鋰(Li2O2)用作正極活性物質(zhì)并將Sn-C復(fù)合材料用作負(fù)極活性物質(zhì)的實(shí)施例I的情況、和將過(guò)氧化鋰(Li2O2)用作正極活性物質(zhì)并將Si-C復(fù)合材料用作負(fù)極活性物質(zhì)的實(shí)施例2的情況，與將碳質(zhì)化合物用作負(fù)極活性物質(zhì)的比較例I和2的情況相比，分別具有優(yōu)異的充放電性能。由此能夠確認(rèn)具體實(shí)施例的鋰空氣電池具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。以上，詳細(xì)地說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍并不限于此，根據(jù)在權(quán)利要求范圍中所定義的本發(fā)明的基本主旨，本領(lǐng)域技術(shù)人員所進(jìn)行的各種變形和改良形式均屬于本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋰空氣電池，其包括 正極，其包含集電體和位于所述集電體上且包含正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層； 負(fù)極，其包含負(fù)極活性物質(zhì)； 以及電解質(zhì)，其中， 所述正極活性物質(zhì)包含過(guò)氧化鋰(Li202)、氧化鋰(Li20)、氫氧化鋰(LiOH)或者這些的組合物， 所述負(fù)極活性物質(zhì)包含鋰合金、能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)、過(guò)渡金屬氧化物或者這些的組合物。
2.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述正極活性物質(zhì)層進(jìn)一步包含導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料包含碳質(zhì)材料、金屬粉末、金屬纖維或者這些的組合物。
3.權(quán)利要求2所述的鋰空氣電池，其中， 所述碳質(zhì)材料包含天然石墨、人工石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳納米管或者這些的組合物。
4.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述正極活性物質(zhì)層進(jìn)一步包含催化劑。
5.權(quán)利要求4所述的鋰空氣電池，其中， 所述催化劑包含四氧化三鈷(Co304)、二氧化猛(MnO2)、氧化鋪(CeO2)、鉬金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、三氧化二鐵(Fe203)、四氧化三鐵(Fe304)、氧化鎳(NiO)、氧化銅(Cu0)、|丐鈦礦(prerovskite)類催化劑或者這些的組合物。
6.權(quán)利要求4所述的鋰空氣電池，其包含基于所述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)1-50重量％的所述催化劑。
7.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其包含基于所述正極活性物質(zhì)層總量計(jì)5-50重量％的所述正極活性物質(zhì)。
8.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述鋰合金包含金屬合金，該金屬合金包含鋰和Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al、Sn 或者這些的組合物。
9.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)包含Si、含硅合金、Si-C復(fù)合材料、SiOx(0〈x〈2)、Sn、含錫合金、Sn-C復(fù)合材料、SnO2或者這些的組合物。
10.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述過(guò)渡金屬氧化物包含釩氧化物、鋰釩氧化物、鈦氧化物或者這些的組合物。
11.權(quán)利要求I所述的鋰空氣電池，其中， 所述鋰空氣電池包含接頭套管(Swagelok)式、硬幣形態(tài)或袋形態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋰空氣電池，其包括正極，其包含集電體和位于所述集電體上且包含正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層；負(fù)極，其包含負(fù)極活性物質(zhì)；以及電解質(zhì)，其中所述正極活性物質(zhì)包含過(guò)氧化鋰(Li2O2)、氧化鋰(Li2O)、氫氧化鋰(LiOH)或者這些的組合物，所述負(fù)極活性物質(zhì)包含鋰合金、能對(duì)鋰進(jìn)行摻雜和去摻雜的物質(zhì)、過(guò)渡金屬氧化物或者這些的組合物。
文檔編號(hào)H01M12/06GK102948006SQ201180031041
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者宣良國(guó), 鄭燻基 申請(qǐng)人:漢陽(yáng)大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)