一種用于鋰空氣電池的空氣電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋰空氣電池的空氣電極及其制備方法，所述空氣電極同時具有離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)和電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)，所述的離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由具有催化特性的室溫離子液體形成，所述的電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由導(dǎo)電劑形成。所述空氣電極的制備是將10～40重量份的室溫離子液體與60～90重量份的導(dǎo)電劑混合均勻后固載在多孔集流體表面制備而成。本發(fā)明提供的空氣電極因具有雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此大大增加了電極反應(yīng)所需要的電子導(dǎo)電、離子導(dǎo)電和氧氣形成的三相反應(yīng)界面，同時加快了反應(yīng)所需要的電子和離子的傳輸速度，從而降低了電壓極化，應(yīng)用于鋰空氣電池顯示出優(yōu)良的電池綜合性能，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】—種用于鋰空氣電池的空氣電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一類可用于鋰空氣電池的基于液態(tài)催化劑的具有雙三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的空氣電極，屬于化學(xué)電源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池雖然在各種便攜式工具、數(shù)碼產(chǎn)品、航空航天等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其能量密度受到嵌入反應(yīng)機(jī)理的限制，很難滿足電子產(chǎn)品進(jìn)步小型化以及電動汽車長距離續(xù)駛的使用要求，因此，開發(fā)具有更高能量密度的二次電池成為全球的研究熱點(diǎn)，鋰空氣電池的研究應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]鋰空氣電池的基本工作原理為放電過程中金屬鋰在負(fù)極被氧化，然后通過電解質(zhì)遷移至空氣電極的表面，與在多孔的空氣電極表面被還原的來自空氣中的氧氣結(jié)合，由此向負(fù)載提供電能。鋰空氣電池最大的優(yōu)勢就在于正極活性物質(zhì)為來自空氣中的氧氣取之不盡用之不竭，并且它不需要儲存在電池內(nèi)部，因此鋰空氣電池具有13200Wh/Kg的超高的理論能量密度，幾乎可以與汽油媲美，成為二次電池的珠穆朗瑪峰。雖然目前已經(jīng)報道的鋰空氣電池的實(shí)際能量密度已經(jīng)獲得了很大的進(jìn)展，但不幸的是，由于正極活性物質(zhì)氧氣電化學(xué)氧化還原動力學(xué)緩慢而使鋰空氣電池可逆性差，極化嚴(yán)重，因此鋰空氣電池實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用仍面臨著很大的挑戰(zhàn)。
[0004]為了解決這些問題，研究人員做了很多努力，包括開發(fā)和制備高性能的催化劑(如各種金屬氧化物，各種碳基材料，貴金屬催化劑以及過渡金屬大環(huán)化合物等)以及空氣電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，并且取得了一定的成績。但是目前研究的催化劑全部處于固體狀態(tài)，并且傳統(tǒng)的制備電極的方式使得固體顆粒之間夾雜著不導(dǎo)電的粘結(jié)劑，這就使得空氣電極內(nèi)部很難形成三維導(dǎo)電的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)空氣電極的反應(yīng)原理可知，電極反應(yīng)發(fā)生在電子導(dǎo)電劑、離子導(dǎo)電劑和氧氣的三相界面，因此在空氣電極內(nèi)部建立三維的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)將會大大提高電極的性能。
[0005]迄今為止，已有的設(shè)計(jì)中較差的電子導(dǎo)電性或離子導(dǎo)電性導(dǎo)致空氣電極高的電壓極化和差的可逆性，因此本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)一種能夠同時保證好的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性的空氣電極結(jié)構(gòu)，以減少鋰空氣電池的電壓極化，提高其可逆性，促進(jìn)鋰空氣電池實(shí)際應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明旨在提供一種用于鋰空氣電池的空氣電極及其制備方法，以促進(jìn)鋰空氣電池實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種用于鋰空氣電池的空氣電極，同時具有離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)和電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)，所述的離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由具有催化特性的室溫離子液體形成，所述的電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由導(dǎo)電劑形成。[0009]本發(fā)明所述空氣電極的制備，是將10?40重量份的室溫離子液體與60?90重量份的導(dǎo)電劑混合均勻后固載在多孔集流體表面制備而成。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述空氣電極的制備方法，包括如下步驟:
[0011]a)將10?40重量份室溫離子液體與60?90重量份導(dǎo)電劑混合均勻；
[0012]b)將步驟a)得到的混合漿料固載在多孔集流體上，然后在50?100°C下干燥，再用6?IOMPa的壓力將導(dǎo)電活性物質(zhì)與多孔集流體壓制結(jié)實(shí)；
[0013]c)將步驟b)得到的電極在50?100°C下干燥除水，即得所述的空氣電極。
[0014]作為一種優(yōu)選方案，所述的多孔集流體包括金屬多孔集流體和無機(jī)非金屬多孔集流體。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的金屬多孔集流體包括泡沫鎳、多孔鋁和多孔不銹鋼；所述的無機(jī)非金屬多孔集流體包括多孔碳材料。
[0016]所述室溫離子液體包含有氮，氟，硼等元素并具有還原特性的催化功能，推薦選自1-乙基-3-甲基咪唑二 (五氟-乙基磺?；?酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?酰胺、1-甲基-3-辛基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)酰胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎗九氟丁基磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的至少一種。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，所述的導(dǎo)電劑選自碳基導(dǎo)電劑、聚合物導(dǎo)電劑和無機(jī)導(dǎo)電劑中的至少一種。
[0018]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的碳基導(dǎo)電劑選自乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、活性碳、介孔碳材料、空心碳球、碳纖維、碳納米管中的至少一種；所述的聚合物導(dǎo)電劑選自聚吡咯或聚苯胺；所述的無機(jī)導(dǎo)電劑為導(dǎo)電氧化物，如SnO2，鈣鈦礦型化合物如BaPbO3，非化學(xué)計(jì)量比金屬氧化物如Ti4O7等。
[0019]作為一種優(yōu)選方案，所述的固載方法包括浸潰法、原位沉積法和超聲分散法；所述的浸潰法是將導(dǎo)電劑采用涂覆的方法涂覆在集流體上后，待電極干燥后在所需要的離子液體中真空浸潰，讓離子液體進(jìn)入電子導(dǎo)電劑的孔隙形成三維離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；所述的原位沉積法也是首先將導(dǎo)電劑采用涂覆的方法涂覆在集流體上后，將所需要的離子液體滴在電極表面等待一段時間待離子液體擴(kuò)散到電子導(dǎo)電劑的孔隙而形成三維離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；所述的超聲分散法是首先將導(dǎo)電劑分散在所需要的離子液體中，超聲一段時間，使離子液體均勻的包覆在導(dǎo)電劑的表面，然后采用傳統(tǒng)的球磨涂覆的方法制備成具有雙三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的空氣電極。
[0020]本發(fā)明的原理在于:采用具有還原特性的室溫離子液體作為催化劑，一方面在空氣電極內(nèi)部形成三維的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，另一方面采用同樣的離子液體作為電解質(zhì)，這樣在空氣電極和電解質(zhì)之間形成總流-支流的關(guān)系，電解質(zhì)可以隨著離子液體進(jìn)入到電極的各個部分，電極中反應(yīng)生成的離子可以直接進(jìn)入電解質(zhì)中從而降低了電池內(nèi)阻，有利于電池性能的提高。此外，電極中的離子液體還在一定程度上起到粘結(jié)劑的作用，甚至不需要在電極中另外添加粘結(jié)劑，從而可以有效地降低電極的重量，有利于提高電極的容量密度，同時還可以避免由于傳統(tǒng)粘結(jié)劑在放電過程中性能不穩(wěn)定造成的電池性能下降的問題，有利于提高電池的綜合性能。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的空氣電極具有如下顯著性特征:
[0022]I)以本身具有還原性的離子液體作為催化劑，省去了制備固體催化劑復(fù)雜的步驟以及避免了固體催化劑本身具有的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定等問題；
[0023]2)以液體的離子液體與固體的導(dǎo)電劑復(fù)合，從而可以實(shí)現(xiàn)液體多方位與固體導(dǎo)電劑接觸，較之界面能很大的固體催化劑與固體導(dǎo)電劑復(fù)合，大大降低了兩種物質(zhì)接觸的界面能，有利于電極反應(yīng)的進(jìn)行；
[0024]3)以同樣的離子液體作為電解質(zhì)同時作為催化劑，從而保證了離子遷移具有通暢的通道，降低了離子遷移的內(nèi)阻，有利于電池性能的提高；
[0025]4)以室溫離子液體形成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)較之采用原位生成方式形成的三維離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制備方法更容易，更具有離子導(dǎo)電性的連續(xù)性；
[0026]5)由于離子液體的液體狀態(tài)，使得在形成離子液體三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的同時，固體導(dǎo)電劑的相互接觸不受阻礙，可以形成電子導(dǎo)電的三維網(wǎng)絡(luò)；
[0027]6)電極中雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成，大大增加了電極反應(yīng)所需要的電子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電和氧氣形成的三相反應(yīng)界面，同時加快了反應(yīng)所需要的電子和離子的傳輸速度，從而可以大大的促進(jìn)電極反應(yīng)的進(jìn)行，降低電壓極化；
[0028]7)電極材料中可以不使用粘結(jié)劑，可有效地降低電極材料的重量，有利于提高電池的容量密度，避免了由于粘結(jié)劑不穩(wěn)定造成的電池性能的下降，從而有利于電池綜合性能的提聞。
[0029]與現(xiàn)有的各種空氣電極的制備方法相比，本發(fā)明所述制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0030]1、制備方法簡單易行；
[0031]2、可以不使用專門的粘結(jié)劑，避免了由于粘結(jié)劑不穩(wěn)定造成的電池性能下降，同時降低了電極的重量，有利于提高電極的性能；
[0032]3、無污染，綠色環(huán)保，利用簡單的球磨方式便可實(shí)現(xiàn)離子液體與導(dǎo)電劑的結(jié)合，形成三維的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的同時形成三維的電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；
[0033]4、室溫離子液體和導(dǎo)電劑的種類豐富，通過不同的組合可以獲得具有不同特性的空氣電極，從而實(shí)現(xiàn)空氣電極的特性可調(diào)；
[0034]5、原料來源豐富，制備成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明提供的鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為使用實(shí)施例3所述空氣電極的鋰空氣電池的定時充放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0038]圖1是利用本發(fā)明提供的空氣電極制備的鋰空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中:1為金屬鋰陽極，2為有機(jī)電解液，3為固體電解質(zhì)，4為本發(fā)明提供的空氣電極(包括室溫離子液體41和固體導(dǎo)電劑42)。
[0039]對比例I
[0040]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，PVDF為粘結(jié)劑，二者以8:2的重量比加入NMP混合球磨，然后將球磨后的漿料干燥到一定程度后涂在泡沫鎳集流體上，然后在壓力機(jī)上面以SMPa的壓力壓制，壓制后的電極放在真空干燥箱中80°C干燥12h，以排除電極中的水分。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5M的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1- 丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽11空氣電極的結(jié)構(gòu)。然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。由表I可以看出，電池的放電電壓較低，為2.73V，充電電壓為4.2V，庫倫效率只有65%，首次放電比容量只有171.5mAh/g。
[0041]對比例2
[0042]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，二氧化錳為催化劑，PVDF為粘結(jié)劑三者以6:2:2的重量比加入NMP后球磨，制備電極的方式和電池組裝的方式與對比例I相同，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試和容量測試。由表I的數(shù)據(jù)可以看出，電池的首次放電電壓更低，庫倫效率只有66%，容量為1193mAh/g。
[0043]對比例3
[0044]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，采用不具有還原性的離子液體1-羧甲基-3-甲基咪唑氯鹽溶解0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的為添加劑，二者以8:2的重量比混合球磨，制備電極的方式和電池組裝的方式與對比例I相同。然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括充放電測試和容量測試。由表I的數(shù)據(jù)可以看出，電池的首次放電電壓很低，說明離子液體的還原作用比較弱，充電電壓很高，庫倫效率只有67%，容量為1265mAh/g。
[0045]實(shí)施例1
[0046]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解有0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，然后將球磨后的漿料干燥到一定程度后涂在泡沫鎳集流體上，然后在壓力機(jī)上面以SMPa的壓力壓制，壓制后的電極放在真空干燥箱中80°C干燥12h，以排除電極中的水分。將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC (1:1)//LATP//0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)溶解在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。所得結(jié)果如表I所示，與對比例對比可以看出，首次放電電壓有很大提高，為2.82V，充電電壓明顯降低，為3.95V，庫倫效率達(dá)到71.4%，容量也有所提高，為1500mAh/g，說明該種雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空氣電極可有效改善電池極化和提高電池比容量。
[0047]實(shí)施例2
[0048]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以9:1的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試，包括定時充放電測試和容量測試，測試結(jié)果如表I所示，與對比例相比，電壓極化和容量都有所提高，但是與實(shí)施例1相比，電池的極化性能和容量都不好，究其原因是因?yàn)殡姌O中室溫離子液體的減少，從而更加說明了電極中的室溫離子液體在提高電池的性能中起到了關(guān)鍵作用。
[0049]實(shí)施例3[0050]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以6:4的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二 (三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。其前五周的定時充放電曲線如圖2所示，首次放電電壓為2.89V，首次充電電壓3.57V，對應(yīng)庫倫循環(huán)效率81%，顯示出很好的極化性能。同時電池定時循環(huán)五周后充放電電壓變化不是很大，說明其具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。同時對電池進(jìn)行容量性能測試，可獲得2396mAh/g的首次放電容量。同表I中所述的各對比例數(shù)據(jù)相比，由該種組成的空氣電極構(gòu)成的鋰空氣電池顯示出很好的電池極化性能和容量性能，從而進(jìn)一步證明了該種雙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空氣電極在提高電池綜合性能方面的優(yōu)勢。
[0051]實(shí)施例4
[0052]采用活性碳為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二 (三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試和容量測試，獲得了較好的結(jié)果。
[0053]實(shí)施例5
[0054]采用介孔碳CMK-3為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬LizVlMLiPF6溶解在EC/DMC (1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示，制備的電極具有較高的首次放電電壓以及較低的充電電壓，對應(yīng)較高的首次庫倫效率。首次放電比容量也比傳統(tǒng)的對比例要高很多。
[0055]實(shí)施例6
[0056]采用乙炔黑導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)中//LATP//溶解了 0.5mol/L的二 (三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)酰胺//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。與傳統(tǒng)方法制備的電極如對比例I中的相比，電池具有較高的放電電壓以及較低的充電電壓，對應(yīng)較高的首次庫倫效率，但是與實(shí)施例5中催化劑與空氣電極一側(cè)電解液采用同一種離子液體的電池相比，電池極化性能不如實(shí)施例5好。推測原因是由于采用同一種離子液體的電池具有很好的電極潤濕性，同時CMK-3的孔道結(jié)構(gòu)也增加了電解液潤濕的通道，因此有利于電池性能的提高。
[0057]實(shí)施例7
[0058]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。結(jié)果顯示電池顯示出較好的容量性能以及極化性能。
[0059]實(shí)施例8
[0060]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?酰胺為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺?；?酰胺//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示該電池具有很好的極化性能，比實(shí)施例5中電池極化性能要好。推測原因是由于所使用的離子液體中不僅有氟原子，而且有硫原子，氮原子等，有利于其催化性能的提高，因此電池具有很好的極化性能。
[0061]實(shí)施例9
[0062]采用乙炔黑為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_乙基-3-甲基咪唑二(五氟-乙基磺酰基)酰胺為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-乙基-3-甲基咪唑二 (五氟-乙基磺?；?酰胺//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試，容量測試。結(jié)果顯示電池顯示出較好的容量性能以及極化性能。
[0063]實(shí)施例10
[0064]采用介孔碳CMK-3為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-甲基-3-辛基咪唑雙(三氟甲基磺?；?酰胺為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬Li//1M LiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1-甲基-3-辛基咪唑雙(三氟甲基磺?；?酰胺//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試。結(jié)果顯示，制備的電極具有較高的首次放電電壓以及較低的充電電壓，對應(yīng)較高的首次庫倫效率。首次放電比容量也比傳統(tǒng)的對比例要高很多。
[0065]實(shí)施例11
[0066]采用活性碳為導(dǎo)電劑，溶解了 0.5mol/L的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1_ 丁基-3-甲基咪唑鎗九氟丁基磺酸鹽為催化劑，導(dǎo)電劑與催化劑以8:2的重量比混合球磨，制備過程及條件與實(shí)施例1中的相同。然后將電極組裝在鋰空氣電池中，鋰空氣電池采用金屬LizVlMLiPF6溶解在EC/DMC(1:1)//LATP//溶解了 0.5mol/L的二 (三氟甲基磺酰)亞胺鋰的1- 丁基-3-甲基咪唑鎗九氟丁基磺酸鹽//空氣電極的結(jié)構(gòu)，然后將組裝好的電池進(jìn)行電化學(xué)性能測試包括定時充放電測試和容量測試，獲得了較好的結(jié)果。[0067]表1
【權(quán)利要求】
1.一種用于鋰空氣電池的空氣電極，其特征在于:所述空氣電極同時具有離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)和電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)，所述的離子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由具有催化特性的室溫離子液體形成，所述的電子導(dǎo)電三維網(wǎng)絡(luò)是由導(dǎo)電劑形成。
2.一種制備權(quán)利要求1所述空氣電極的方法，其特征在于:是將10~40重量份的室溫離子液體與60~90重量份的導(dǎo)電劑混合均勻后固載在多孔集流體表面制備而成。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括如下步驟: a)將10~40重量份室溫離子液體與60~90重量份導(dǎo)電劑混合均勻； b)將步驟a)得到的混合漿料固載在多孔集流體上，然后在50~100°C下干燥，再用6~IOMPa的壓力將導(dǎo)電活性物質(zhì)與多孔集流體壓制結(jié)實(shí)； c)將步驟b)得到的電極在50~100°C下干燥除水，即得所述的空氣電極。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于:所述的多孔集流體包括金屬多孔集流體和無機(jī)非金屬多孔集流體。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述的金屬多孔集流體包括泡沫鎳、多孔鋁和多孔不銹鋼。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述的無機(jī)非金屬多孔集流體包括多孔碳材料。
7.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于:所述的室溫離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑二 (五氟-乙基磺酰基)酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)酰胺、1-甲基-3-辛基咪唑雙(三氟甲基磺酰基)酰胺、1-丁基-3-甲基咪唑鎗九氟丁基磺酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中的至少一種。
8.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于:所述的導(dǎo)電劑選自碳基導(dǎo)電劑、聚合物導(dǎo)電劑和無機(jī)導(dǎo)電劑中的至少一種。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的碳基導(dǎo)電劑選自乙炔黑、導(dǎo)電碳黑、活性碳、介孔碳材料、空心碳球、碳纖維、碳納米管中的至少一種；所述的聚合物導(dǎo)電劑選自聚吡咯或聚苯胺；所述的無機(jī)導(dǎo)電劑為導(dǎo)電氧化物。
10.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于:所述的固載方法包括浸潰法、原位沉積法和超聲分散法。
【文檔編號】H01M4/88GK103606686SQ201310628275
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】溫兆銀, 鹿燕, 吳相偉, 靳俊, 沈忱, 吳梅芬 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所