中真空条件下以60_80°C温度将N-甲基吡咯烷酮烘 干，最终得到适用的正极片。
[0047] 在本发明方案中采用N-甲基吡咯烷酮作为分散剂，分散剂的加入量根据实际情 况而定，一般加入量约为活性材料总量的3~5倍，在后续步骤中还可以根据实际情况进一 步添加。同时，还可以用乙醇等极性有机溶剂作为分散剂。
[0048] 以下通过具体的实施例对本发明做进一步说明。
[0049] 实施例1
[0050] 羧甲基纤维素锂（CMC-Li)的制备方法如下：
[0051 ] 将羧甲基纤维素钠（CMC-Na)溶解于乙醇溶液中，然后用30 %浓硫酸溶液在40 °C 恒温水浴条件下中和，经过滤、洗涤、90°C干燥，羧甲基纤维素钠上的Na元素被H元素取代， 得到CMC-H粉末。再将CMC-H溶解后，在40°C恒温水浴条件下用LiOH ·Η20锂盐中和，产物 经过滤、洗涤、90°C干燥，可得CMC-Li粉末。
[0052] 上述对CMC-Li粘结剂的表征采用SEM及EDS能谱分析。
[0053] 图1是本发明实施中CMC-Li的SEM表面形貌，图2和图3分别为CMC-H与CMC-Li 的H)S能谱表征图。从图2和图3中可以看出它们元素显示均只有C和0,由于H是最轻的 元素，在EDS分析中不能被检测到。但同时可以发现，在CMC-H中并没有出现Na元素，说明 在酸化的过程中Na已经完全被H元素取代，从而可证明CMC-Li不会有残留的H和Na，那么 SEM图中CMC-Li上附着物为Li+，说明本实验中将酸化中和处理后成功制的CMC-Li。
[0054] 实施例2
[0055] 锂空气电池正极的原料配比为碳纳米管9克，羧甲基纤维素锂1克，聚四氟乙烯0 克。
[0056] 取干燥的称量瓶，称取1克羧甲基纤维素锂（CMC-Li)溶于少量蒸馏水中得 到胶水状粘稠物质，然后称取9克碳纳米管于上述称量瓶中，并注入30gN_甲基吡咯 烷酮分散剂（NMP)。采用磁力搅拌器搅拌6-12h制成合适粘度的浆料并涂抹在碳纤 维纸上，膜厚100 μ m，经6h真空干燥后冲片可制备锂空气电池正极，正极片大小为 Φ 15mmX (0. 21±0. 15mm)。电极片的碳负载量为0. 4mg的多孔空气正极。
[0057] 实施例3
[0058] 锂空气电池正极的原料配比为碳纳米管9. 2克，羧甲基纤维素锂0. 6克，聚四氟乙 烯0. 2克。
[0059] 取干燥的称量瓶，称取0.6克羧甲基纤维素锂（CMC-Li)溶于少量蒸馏水中得到 胶水状粘稠物质，然后称取9. 2克碳纳米管于上述称量瓶中，同时滴加0. 2克聚四氟乙烯 (PTFE)，然后注入30gN-甲基吡咯烷酮分散剂（NMP)。采用磁力搅拌器搅拌6-12h制成合 适粘度的浆料并涂抹在碳纤维纸上，膜厚100 μ m，经6h真空干燥后冲片可制备锂空气电池 正极，正极片大小为Φ15ι?πιΧ (0. 21±0. 15mm)。电极片的碳负载量为0. 4mg的多孔空气正 极。
[0060] 实施例4
[0061] 锂空气电池正极的原料配比为碳纳米管9. 4克，羧甲基纤维素锂0. 4克，聚四氟乙 烯0. 2克。
[0062] 取干燥的称量瓶，称取0.4克羧甲基纤维素锂（CMC-Li)溶于少量蒸馏水中得到 胶水状粘稠物质，然后称取9. 4克碳纳米管于上述称量瓶中，同时滴加0. 2克聚四氟乙烯 (PTFE)，并注入30gN-甲基吡咯烷酮分散剂（NMP)。采用磁力搅拌器搅拌6-12h制成合适 粘度的浆料并涂抹在碳纤维纸上，膜厚100 μ m，经6h真空干燥后冲片可制备锂空气电池正 极，正极片大小为Φ15ι?πιΧ (0. 21±0. 15mm)。电极片的碳负载量为0. 4mg的多孔空气正极。
[0063] 实施例5
[0064] 锂空气电池正极的原料配比为碳纳米管9. 6克，羧甲基纤维素锂0. 2克，聚四氟乙 烯0. 2克。
[0065] 取干燥的称量瓶，称取0. 2克羧甲基纤维素锂（CMC-Li)溶于少量蒸馏水中得到 胶水状粘稠物质，然后称取9. 6克碳纳米管于上述称量瓶中，同时滴加0. 2克聚四氟乙烯 (PTFE)，并注入30gN-甲基吡咯烷酮分散剂（NMP)。采用磁力搅拌器搅拌6-12h制成合适 粘度的浆料并涂抹在碳纤维纸上，膜厚100 μ m，经6h真空干燥后冲片可制备锂空气电池正 极，正极片大小为Φ15ι?πιΧ (0. 21±0. 15mm)。电极片的碳负载量为0. 4mg的多孔空气正极。
[0066] 实施例6
[0067] 锂空气电池正极的原料配比为碳纳米管9克，羧甲基纤维素锂0. 8克，聚四氟乙烯 0· 2 克。
[0068] 取干燥的称量瓶，称取0.8克羧甲基纤维素锂（CMC-Li)溶于少量蒸馏水中得到 胶水状粘稠物质，然后称取9克碳纳米管于上述称量瓶中，同时滴加0. 2克聚四氟乙烯 (PTFE)，然后注入30gN-甲基吡咯烷酮分散剂（NMP)。采用磁力搅拌器搅拌6-12h制成合 适粘度的浆料并涂抹在碳纤维纸上，膜厚100 μ m，经6h真空干燥后冲片可制备锂空气电池 正极，正极片大小为Φ15ι?πιΧ (0. 21±0. 15mm)。电极片的碳负载量为0. 4mg的多孔空气正 极。
[0069] 将实施例2~5制备得到的多孔空气正极，以金属锂片作为负极，IM LiTFSI/ 环丁砜为电解液，制备锂空气电池，并将锂空气电池在电压范围2. 2v-4. 75v，电流密度为 0. 3mA/cm2下的深度放电测试，测试结果如图4所示。
[0070] 将实施例4的锂空气电池在电流密度0. 5mA/cm2、1000mAh/g、负载量0. 4mg条件下 进行恒电流充放电测试，并以单纯添加 PTFE作为粘结剂的锂空气电池作为对比例。实施例 4的测试结果如图5所示，当电流密度为0. 5mA/cm2,控制比容量为1000mAh/g时，电池循环 达到100圈以上。对比例的测试结果如图6所示，当电流密度为0. 5mA/cm2,控制比容量为 lOOOmAh/g时，电池循环达到50圈以上。
[0071] 综上所述，本发明所提供的导电粘结剂中的CMC-Li，其分子链上含有-COOLi，能 够解离出锂离子，一方面提高了离子电导率，另一方面提高了大电流充放电下的电池容量 和循环性能；同时以该粘结剂作为锂空气电池正极粘结剂的电池电化学性能稳定，不易随 着电池充放电循环而降解，从而有效延长了电池的使用寿命。
[0072] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种导电性粘结剂，其特征在于，所述导电性粘结剂中含有羧甲基纤维素锂，其结构 式为：其中，R基为-0H或-CH2C00Li;n= 200-350。2. 根据权利要求1所述的导电性粘结剂，其特征在于，所述导电性粘结剂中还含有聚 四氟乙烯；所述聚四氟乙烯与羧甲基纤维素锂的质量比为0~0. 2:0. 2~1。3. 羧甲基纤维素锂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 将羧甲基纤维素钠在恒温水浴锅中经酸化、锂盐中和处理得到。4. 根据权利要求3所述的羧甲基纤维素锂的制备方法，其特征在于，将羧甲基纤维素 钠溶解于乙醇溶液中，用浓硫酸溶液在恒温水浴条件下中和，经过滤、洗涤干燥，得到CMC-H 粉末； 将CMC-H溶解，在恒温水浴条件下用锂盐中和，产物经过滤、洗涤、干燥，得羧甲基纤维 素锂粉末； 其中，所述恒温水浴温度为30-50°C，干燥温度为80-KKTC。5. -种锂空气电池正极，其特征在于，所述锂空气电池正极包括集流体以及涂覆与集 流体表面的活性材料层，所述活性材料层包括正极活性材料和如权利要求1或2所述的导 电性粘结剂。6. 根据权利要求5所述的锂空气电池正极，其特征在于，导电性粘结剂与活性材料的 质量比为0. 1~1:9~9. 9。7. 根据权利要求6所述的锂空气电池正极，其特征在于，所述集流体为碳纤维纸集流 体，所述正极活性材料为碳纳米管。8. -种如权利要求5~7任一所述的锂空气电池正极的制备方法，其特征在于，包括以 下步骤： 将所述导电粘结剂分散于蒸馏水中，加入正极活性材料和分散剂，磁力搅拌6-12h，得 到活性衆料； 将活性浆料涂布于集流体上，真空干燥，得到锂空气电池正极。9. 根据权利要求8所述的锂空气电池正极的制备方法，其特征在于，所述分散剂为 N-甲基吡咯烷酮。10. -种锂空气电池，其特征在于，所述锂空气电池中包括如权利要求5~7任一所述 的锂空气电池正极。
【专利摘要】本发明公开一种导电性粘结剂、锂空气电池正极及制备方法和锂空气电池,所述导电性粘结剂中含有羧甲基纤维素锂，羧甲基纤维素锂作为一种新型的导电型粘结剂，应用于锂空气电池中能够大大的减少粘结剂的用量，减小电极的内部阻抗以及减少环境污染等。首先这种新型的导电性粘结剂除了可以粘结活性物质与集流体，保证活性物质颗粒间均匀分散外，它的突出特点是，具有大的电导率，可以起到传输电子和Li+的作用，从而可改善了锂空气电池的循环效率、比容量以及循环稳定性等。
【IPC分类】H01M12/08, H01M4/62, H01M4/13
【公开号】CN105118999
【申请号】CN201510344577
【发明人】王芳, 吴其兴, 罗仲宽, 李豪君, 魏蒙蒙, 尹春丽, 黄洋
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年6月19日