專利名稱：一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法。
背景技術(shù)：
鋰空氣電池是以金屬鋰作為負極，空氣電極為正極的高比能量電池，其預(yù)計可實現(xiàn)的比能量為1000Wh/kg以上，是新一代高能電池。目前，對鋰空氣電池的研究按照所采用電解液的不同可以分為水體系鋰空氣電池和有機體系(即非水體系)鋰空氣電池。其中有機體系鋰空氣電池，由于制備簡單、安全性更高，獲得更廣泛的研究。在空氣電極的制備中，為了使空氣電池具有較高的容量、較高的工作電流密度，就要有大容量的空氣電極，則要加大空氣電極的厚度。但是在有機體系鋰空氣電池的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著空氣電極厚度的增加，空氣電極的比能量以及循環(huán)性能出現(xiàn)了逐漸下降的狀況。這主要是因為在較厚空氣電極中反應(yīng)產(chǎn)物優(yōu)先在空氣一側(cè)發(fā)生堆積，同時發(fā)現(xiàn)空氣電極電流密度的提高會加劇反應(yīng)產(chǎn)物在空氣電極空氣側(cè)的阻塞，導(dǎo)致空氣電極面向負極的一側(cè)放電容量不能充分發(fā)揮，使得空氣電極的性能下降或提前失效最終影響電池的比能量和循環(huán)壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法，該方法制備的空氣電池具有空氣電極厚度和容量大時無阻塞，具有電池容量和工作電流密度高，比能量和循環(huán)性能高，使用壽命長的特點。本發(fā)明一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法采用如下技術(shù)方案一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法，包括以下制備過程(1)制備空氣電極將絕緣性多孔薄膜材料作為空氣傳輸層；將質(zhì)量百分比為 30% -90%的人造石墨、5% -50%的聚四氟乙烯乳液、0% -50%二氧化錳催化劑混合后，涂在空氣傳輸層一側(cè)，在加熱至40°C _80°C的輥壓機上反復(fù)輥壓至厚度為0. lmm-3mm的均勻片層，制備出空氣反應(yīng)層；孔徑10目-100目的鋁網(wǎng)、鈦網(wǎng)或鐵網(wǎng)為集流體，自下至上依次將集流體、空氣反應(yīng)層和空氣傳輸層放置在一起，用熱壓機施壓10-1000 熱壓成一體，制備出鋰空氣電池用空氣電極；(2)制備空氣電池在干燥空氣或氬氣環(huán)境下，將厚度為0. 05mm-3mm并帶有銅網(wǎng)集流體和負極極耳的金屬鋰為負極、(1)中制備的寬度為Icm的卷繞狀空氣電極為正極、隔膜、電解液封裝于電池殼體中，空氣電極的集流體上焊有正極極耳，正極極耳和負極極耳留于殼體之外，即完成防阻塞鋰空氣電池的制備。而且，所述O)電池殼體位于空氣電極并遠離金屬鋰的一側(cè)留有窗口。而且，所述(1)中絕緣性多孔薄膜材料為非編織聚丙烯毛氈或玻璃纖維膜。而且，所述絕緣性多孔薄膜材料的單層厚度為5 μ m-500 μ m,空氣反應(yīng)層的厚度為10 μ m-2000 μ m0而且，所述空氣電極為卷繞狀、疊層狀或折片狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法中的空氣電極采用了多孔薄膜絕緣材料的空氣傳輸層，空氣在三維方向上均可以傳輸，在加大空氣電極厚度情況下，空氣可以順利進入到空氣電極與鋰電極貼近的一側(cè)，避免了因空氣電極朝向空氣一側(cè)的阻塞導(dǎo)致空氣電極的失效，空氣電極在具有高比能量和高使用壽命的同時，又提高了空氣電極在大電流工作下的性能，最終提高鋰空氣電池容量和電流密度。


圖1是本發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法中空氣電極的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的電極卷繞狀斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1的電極疊片狀斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1的電極折片狀斷面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖2電極制備成鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖2電極Icm厚制備成鋰空氣電池后測試電池的比能量結(jié)果圖。其中，1-集流體，2-空氣反應(yīng)層，3-空氣傳輸層，4-負極極耳，5-空氣電極，6_電解液，7-金屬鋰負極，8-正極極耳，9-窗口，10-電池殼體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法，首先制備空氣電極，空氣電極包括集流體、 厚度為10μπι-2000μπι的空氣反應(yīng)層，空氣反應(yīng)層上復(fù)合有空氣傳輸層，所述空氣傳輸層為單層或兩層以上重疊的絕緣性多孔薄膜材料，絕緣性多孔薄膜材料采用單層厚度為 5 μ m-500 μ m的非編織聚丙烯毛氈或玻璃纖維膜，這些多孔薄膜材料在三維方向上均具有良好的空氣傳輸性能，可以使空氣在三維方向上均可以傳輸，保證空氣自由的進入并傳輸?shù)娇諝怆姌O朝向鋰電極的一側(cè)，以增加空氣擴散層的厚度，提高空氣在空氣傳輸層中的傳輸速度。但如果空氣擴散層具有導(dǎo)電性，電極反應(yīng)則有可能在擴散層中發(fā)生，而反應(yīng)產(chǎn)物將逐漸阻塞空氣擴散層，導(dǎo)致空氣擴散層性能下降，因此選用絕緣性多孔薄膜材料。制成的空氣電極可以為卷繞狀、疊層狀或折片狀結(jié)構(gòu)。采用制備的鋰空氣電極制備防阻塞鋰空氣電池。實施例1 參照附圖1-圖4。防阻塞鋰空氣電池的制備方法的制作1、空氣電極的制作將厚度為20um的非編織聚丙烯氈作為空氣傳輸層3 ；將30 % -90 %人造石墨、5% -50%聚四氟乙烯乳液為膠粘劑、0% -50% 二氧化錳催化劑混合后，在加熱至 400C -80°C的輥壓機上反復(fù)輥壓至厚度為0. lmm-3mm的均勻片層，制備出空氣反應(yīng)層2 ；以孔徑10目-100目的鋁網(wǎng)、鈦網(wǎng)或鐵網(wǎng)為集流體1，自下至上依次將集流體、空氣反應(yīng)層和空氣傳輸層放置在一起，用熱壓機施加10-1000 壓力熱壓成一體，制備出圖1所示防阻塞鋰空氣電極。根據(jù)鋰空氣電池的需要，可以將圖1所示的空氣電極，以電極的一側(cè)為軸，將電極卷繞為圖2所示的卷繞狀空氣電極；或者將圖1所示的多片空氣電極進行層疊，制成圖3所示的疊片狀空氣電極；還可以將圖1所示的空氣電極以Z字形折疊方式，保持一側(cè)有集流體留出，制成圖4所示的折片狀空氣電極。2、本發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法的制作在干燥空氣或氬氣環(huán)境下，將厚度為0. 05mm-3mm并帶有銅網(wǎng)集流體和負極極耳8 的金屬鋰7為負極、圖2所示寬度為Icm的卷繞狀空氣電極5為正極、隔膜、電解液6封裝于電池殼體10中，空氣電極的集流體上焊有正極極耳4，位于空氣電極遠離金屬鋰一側(cè)的電池殼體上留有窗口 9，正極極耳和負極極耳留于殼體之外，即完成圖5所示的防阻塞鋰空氣電池的制備方法制作。由于本發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法中的空氣電極使用了空氣傳輸層，空氣電極可以獲得非常大的厚度，電解液不會透過空氣傳輸層，從而保證電池不會漏液，同時在空氣電極遠離金屬鋰的一側(cè)留有窗口，保證了空氣電極該側(cè)暴露在空氣中，大幅提高了電池的比能量，并且空氣可以順利進入到空氣電極與金屬鋰電極貼近的一側(cè)，不會因為放電過程中發(fā)生空氣電極的阻塞而導(dǎo)致空氣電極的失效，保證了發(fā)明防阻塞鋰空氣電池的制備方法的安全。本發(fā)明制備的空氣電池容量測試用Arbin型電池充放電設(shè)備對本發(fā)明電池容量測試，考察電池工作過程中電壓和電流的變化。圖6是本發(fā)明電池的測試比能量結(jié)果圖。根據(jù)圖6顯示的測試結(jié)果看出，采用絕緣性多孔薄膜材料的空氣傳輸層，在空氣電極厚度為Icm條件下，相對于金屬鋰電池單位面積的空氣電極容量超過500mAh，空氣電極體現(xiàn)出非常高的比能量。說明在長期放電的過程中也沒有出現(xiàn)由于空氣電極朝向空氣一側(cè)發(fā)生阻塞所造成的電池失效現(xiàn)象。由于具備暢通的空氣傳輸層，本發(fā)明空氣電池在具有高比能量和高使用壽命的同時，還具有更加良好的電流性能，最終提高鋰空氣電池容量和電流密度。
權(quán)利要求
1.一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法，其特征在于包括以下制備過程(1)制備空氣電極將絕緣性多孔薄膜材料作為空氣傳輸層；將質(zhì)量百分比為 30% -90%的人造石墨、5% -50%的聚四氟乙烯乳液、0% -50%二氧化錳催化劑混合后，涂在空氣傳輸層一側(cè)，在加熱至40°C _80°C的輥壓機上反復(fù)輥壓至厚度為0. lmm-3mm的均勻片層，制備出空氣反應(yīng)層；孔徑10目-100目的鋁網(wǎng)、鈦網(wǎng)或鐵網(wǎng)為集流體，自下至上依次將集流體、空氣反應(yīng)層和空氣傳輸層放置在一起，用熱壓機施壓10-1000 熱壓成一體，制備出鋰空氣電池用空氣電極；(2)制備空氣電池在干燥空氣或氬氣環(huán)境下，將厚度為0.05mm-3mm并帶有銅網(wǎng)集流體和負極極耳的金屬鋰為負極、(1)中制備的寬度為Icm的卷繞狀空氣電極為正極、隔膜、 電解液封裝于電池殼體中，空氣電極的集流體上焊有正極極耳，正極極耳和負極極耳留于殼體之外，即完成防阻塞鋰空氣電池的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防阻塞鋰空氣電池的制備方法，其特征在于所述O)電池殼體位于空氣電極并遠離金屬鋰的一側(cè)留有窗口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防阻塞鋰空氣電池的制備方法，其特征在于所述(1)中絕緣性多孔薄膜材料為非編織聚丙烯毛氈或玻璃纖維膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的防阻塞鋰空氣電池的制備方法，其特征在于所述絕緣性多孔薄膜材料的單層厚度為5 μ m-500 μ m,空氣反應(yīng)層的厚度為10 μ m-2000 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防阻塞鋰空氣電池的制備方法，其特征在于所述空氣電極為卷繞狀、疊層狀或折片狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防阻塞鋰空氣電池的制備方法，包括以下制備過程(1)制備空氣電極將絕緣性多孔薄膜材料作為空氣傳輸層；將集流體、空氣反應(yīng)層和空氣傳輸層壓制成空氣電極；(2)制備空氣電池將負極、正極、隔膜、電解液封裝于電池殼體中，正極極耳和負極極耳留于殼體之外，制備成防阻塞鋰空氣電池。本發(fā)明電池中空氣電極采用了多孔薄膜絕緣材料的空氣傳輸層，空氣在三維方向上均可以傳輸，在加大空氣電極厚度情況下，空氣可以順利進入到空氣電極與鋰電極貼近的一側(cè)，避免了因空氣電極朝向空氣一側(cè)的阻塞導(dǎo)致空氣電極的失效，空氣電極在具有高比能量和高使用壽命的同時，又提高了空氣電極在大電流工作下的性能，最終提高鋰空氣電池容量和電流密度。
文檔編號H01M12/06GK102544633SQ20101057627
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者丁飛, 劉興江, 桑林 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所