一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，包括以下步驟：用N-甲基吡咯烷酮(NMP)將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，得到聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮透明溶液。然后將石墨、乙炔黑以及硫酸鈉加入上述透明溶液中攪拌，得到制膜漿料。將漿料緩慢倒入成膜器中，在一定溫度下真空干燥后得到防水透氣膜。本發(fā)明通過控制聚偏氟乙烯的濃度、含碳量和硫酸鈉的含量，以及成膜過程中的溫度、時間等條件制備出致密且具有防水透氣功能的鋰空氣電池正極用膜。加有該防水透氣膜的鋰空氣電池的首次放電比容量達(dá)到了919.0mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了未加防水透氣膜的鋰空氣電池，并實現(xiàn)了電池的充放電循環(huán)。
【專利說明】一種裡空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰空氣電池及金屬空氣電池正極的防水透氣膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著21世紀(jì)能源危機(jī)的到來，鋰空氣電池因其極高的能量密度受到了人們的廣泛關(guān)注和研究。而鋰空氣電池的容量在很大程度上受到正極結(jié)構(gòu)的限制，由于正極通孔的存在，使得空氣中除了活性物質(zhì)-O2通過外，H2O和CO2等雜質(zhì)也會通過氣孔而進(jìn)入電池內(nèi)部，和負(fù)極傳輸?shù)秸龢O的Li +反應(yīng)，產(chǎn)生LiOH、Li2CO3等鋰的化合物。這不僅會降低電池的容量，而且還會因為LiOH、Li2CO3等鋰的化合物無法有效分解，堆積在電池正極端，造成空氣正極的堵塞，增大電池的極化，從而限制了電池的循環(huán)性能。另外，電解液也會通過正極通孔逐漸揮發(fā)，導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻增加，甚至出現(xiàn)斷路等問題。
[0003]正是由于上述問題，目前鋰空氣電池的研究成果大部分在純氧環(huán)境中取得。這在很大程度上限制了鋰空氣電池在實際環(huán)境中的推廣和應(yīng)用。所以在鋰空氣電池實際使用過程中，研究開發(fā)一種能夠防水透氣的正極隔膜十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:用N-甲基吡咯烷酮(NMP)將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，得到聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮的透明溶液。然后將石墨、乙炔黑以及硫酸鈉(Na2SO4)加入上述溶液中，攪拌12 h，得到制膜漿料。在室溫條件下將制膜漿料緩慢倒入成膜器中，鋪平。然后將成膜器放入真空干燥箱中，確保水平放置，在一定溫度下恒溫干燥即可得到防水透氣膜。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述聚偏氟乙烯(PVDF)可以用等質(zhì)量的聚四氟乙烯(PTFE)代替。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏氟乙烯的濃度為50~200g/L。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中石墨與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.125、.6。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中乙炔黑與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是
0.0625、.125。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述漿料中硫酸鈉(Na2SO4)與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是
0.0625、.125。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述成膜器中漿料的厚度是0.2^0.8 g/cm2。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述干燥的溫度是7(T140°C。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，所述干燥的時間是5~15h。
[0014]本發(fā)明方法以聚氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、乙炔黑和硫酸鈉(Na2SO4)為原料，采用濕法成膜法，通過控制原料的濃度，干燥過程中的漿料質(zhì)量、干燥溫度、時間等條件制備出具備防水透氣性能的薄膜。本發(fā)明的制備方法工藝過程簡單，所得薄膜韌性、強(qiáng)度適中，防水透氣性能良好，適合用于鋰空氣電池正極防水透氣膜，并能達(dá)到優(yōu)良的實驗及使用效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是采用實施例2所制備的防水透氣膜組裝的鋰空氣電池在大氣環(huán)境中的充放電測試圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]實施例1
以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，將5 g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100 mL濃度為50g/L的溶液，向溶液中添加I g石墨，0.5 g乙炔黑以及0.4 g硫酸鈉(Na2SO4)，電磁攪拌12h制備得到成膜漿液。向成膜器中以0.2 g/cm2的厚度倒入成膜漿液，在70°C干燥5 h，得到黑色較薄的防水透氣膜。
[0018]實施例2
以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，將10 g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100 mL濃度為100g/L的溶液，向溶液中添加4 g石墨，0.8 g乙炔黑以及0.8 g硫酸鈉(Na2SO4)，電磁攪拌12h制備得到成膜漿液。向成膜器中以0.5 g/cm2的厚度倒入成膜漿液，在100°C干燥10 h，得到黑色厚度適中的防水透氣膜。
[0019]實施例3
以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，將20 g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100 mL濃度為200g/L的溶液，向溶液中添加12 g石墨，2 g乙炔黑以及2 g硫酸鈉(Na2SO4)，電磁攪拌12 h制備得到成膜漿液。向成膜器中以0.8 g/cm2的厚度倒入成膜漿液，在140°C干燥15 h，得到黑色較厚的防水透氣膜。
[0020]圖1防水透氣膜對電池充放電性能的影響:
Ca)加防水透氣膜；(b)不加防水透氣膜。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征包括以下步驟: (1)用N-甲基吡咯烷酮(NMP)將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，得到聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮的透明溶液， (2)將石墨、乙炔黑以及硫酸鈉(Na2SO4)加入(I)中制得的溶液中，攪拌12h，得到制膜漿料， (3)在室溫條件下將制膜漿料緩慢倒入成膜器中，鋪平， (4)將成膜器放入真空干燥箱中，確保水平放置，然后在一定溫度下恒溫干燥，得到防水透氣膜。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(1)中聚偏氟乙烯(PVDF)可用等質(zhì)量的聚四氟乙烯(PTFE)代替。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(1)聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏氟乙烯的濃度為5(T200g/L。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(2)制膜漿料中石墨與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.125、.6。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(2)制膜漿料中乙炔黑與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.0625、.125。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(2)制膜漿料中硫酸鈉(Na2SO4)與聚偏氟乙烯的質(zhì)量比是0.0625、.125。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中成膜器中漿料的厚度是0.2^0.8 g/cm2。
8.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中干燥的溫度是70-140°C。
9.如權(quán)利要求1所述的一種鋰空氣電池正極防水透氣膜的簡易制備方法，其特征在于:所述步驟(4)中干燥的時間是5~15h。
【文檔編號】H01M2/16GK103943802SQ201410146107
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】朱永明, 胡會利, 史海浩, 阮澤文, 于元春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）