一种锂空气电池用聚合物电解质及其制备方法_2

文档序号:8529568阅读:来源:国知局
气电池用聚合物电解质。
[0041]步骤(I)中,氢氧化锂溶液的浓度为1.0mol/L ;锂化处理的条件为:在100°C下,加热回流24h ;干燥处理的条件为:在80°C下,恒温干燥24h。
[0042]步骤(2)中,溶胀条件为:含有锂离子的全氟聚合物电解质基材与有机溶剂的质量比为1:100,溶胀时间为48h。
[0043]以KB碳为正极、金属锂片为负极及本实施例制得的聚合物电解质一起在充满氩气的手套箱中,组装成CR2025扣式锂空气电池。将上述扣式锂空气电池在室温下以0.1mA/cm2电流密度,在纯氧气氛下进行恒电流充放电测试,充放电截止电压为2-4.2V。
[0044]如图1所示,为采用本发实施例聚合物电解质制成的锂空气电池首圈充放电曲线图,其中A为放电曲线,B为充电曲线。从图中可以看到,在0.1mA/cm2电流密度下,电池首圈放电比容量为5212mAh/g。图2为采用本发实施例聚合物电解质制成的锂空气电池,在0.3mA/cm2电流密度下的循环性能图。由图分析可得,在0.3mA/cm 2电流密度下,电池可稳定循环10圈。图3为本发实施例聚合物电解质在锂空气电池循环测试完后的红外光谱对比图,其中,A为测试前的聚合物电解质红外光谱图,B为电池循环测试完后的聚合物电解质红外光谱图。经对比发现,本实施例制得的聚合物电解质具有优异的电化学稳定性,在电池测试完后,并没有发生任何分解。
[0045]实施例2:
[0046]本实施例中,锂空气电池用聚合物电解质中的全氟聚合物电解质基材为采用溶剂流延工艺制备而成的全氟磺酸聚合物电解质基材Naf1n(美国Dupont公司生产),厚度为52 μπι,有机溶剂为环丁砜,其中,全氟聚合物电解质基材中有机溶剂的质量百分含量为70%。
[0047]本实施例锂空气电池用聚合物电解质的制备方法如下:
[0048](I)先配制一定浓度的氢氧化锂溶液,将全氟聚合物电解质基材置于氢氧化锂溶液中进行锂化处理,再用去离子水洗涤数次,经干燥处理后,即制得含有锂离子的全氟聚合物电解质基材;
[0049](2)将有机溶剂置于密闭容器中,再将步骤(I)制得的含有锂离子的全氟聚合物电解质基材浸泡在有机溶剂中,充分溶胀,即制得所述的锂空气电池用聚合物电解质。
[0050]步骤⑴中,氢氧化锂溶液的浓度为2.0mol/L ;锂化处理的条件为:在80°C下,加热回流12h ;干燥处理的条件为:在100°C下,恒温干燥24h。
[0051]步骤(2)中,溶胀条件为:含有锂离子的全氟聚合物电解质基材与有机溶剂的质量比为1: 500,溶胀时间为72h。
[0052]以KB碳为正极、金属锂片为负极及本实施例制备的聚合物电解质一起在充满氩气的手套箱中组装成CR2025扣式锂空气电池。将上述扣式锂空气电池在室温下以0.1mA/cm2电流密度,在纯氧气氛下进行恒电流充放电测试,充放电截止电压为2-4.2V。图4为采用本实施例聚合物电解质制成的锂空气电池的倍率性能图。从图中可以看到,当电流密度提高到0.3mA/cm2时,电池的比容量仍可保持在2249mAh/g。
[0053]实施例3:
[0054]本实施例中,锂空气电池用聚合物电解质中的全氟聚合物电解质基材为采用熔融挤出工艺制备而成的全氟磺酸聚合物电解质基材Naf1n(美国Dupont公司生产),厚度为130 μ m,有机溶剂为二苯基亚砜,其中,全氟聚合物电解质基材中有机溶剂的质量百分含量为 40%。
[0055]本实施例锂空气电池用聚合物电解质的制备方法如下:
[0056](I)先配制一定浓度的氢氧化锂溶液,将全氟聚合物电解质基材置于氢氧化锂溶液中进行锂化处理,再用去离子水洗涤数次,经干燥处理后,即制得含有锂离子的全氟聚合物电解质基材;
[0057](2)将有机溶剂置于密闭容器中,再将步骤(I)制得的含有锂离子的全氟聚合物电解质基材浸泡在有机溶剂中,充分溶胀,即制得所述的锂空气电池用聚合物电解质。
[0058]步骤⑴中,氢氧化锂溶液的浓度为2.0mol/L ;锂化处理的条件为:在80°C下,加热回流12h ;干燥处理的条件为:在100°C下,恒温干燥24h。
[0059]步骤(2)中,溶胀条件为:含有锂离子的全氟聚合物电解质基材与有机溶剂的质量比为1:50,溶胀时间为36h。
[0060]以KB碳为正极、金属锂片为负极及本实施例制备的聚合物电解质一起在充满氩气的手套箱中组装成CR2025扣式锂空气电池。将上述扣式锂空气电池在室温下以0.1mA/cm2电流密度,在纯氧气氛下进行恒电流充放电测试,充放电截止电压为2-4.2V,测得电池的放电比容量为4896mAh/g。
[0061]实施例4:
[0062]本实施例中,锂空气电池用聚合物电解质中的全氟聚合物电解质基材为采用熔融挤出工艺制备而成的全氟羧酸聚合物电解质基材(日本旭硝子公司生产),厚度为ΙΟΟμπι,有机溶剂为二苯基亚砜,其中,全氟聚合物电解质基材中有机溶剂的质量百分含量为40 %。
[0063]本实施例锂空气电池用聚合物电解质的制备方法如下:
[0064](I)先配制一定浓度的氢氧化锂溶液,将全氟聚合物电解质基材置于氢氧化锂溶液中进行锂化处理,再用去离子水洗涤数次,经干燥处理后,即制得含有锂离子的全氟聚合物电解质基材;
[0065](2)将有机溶剂置于密闭容器中,再将步骤(I)制得的含有锂离子的全氟聚合物电解质基材浸泡在有机溶剂中,充分溶胀,即制得所述的锂空气电池用聚合物电解质。
[0066]步骤(I)中,氢氧化锂溶液的浓度为2.0mol/L ;锂化处理的条件为:在60°C下,加热回流24h ;干燥处理的条件为:在100°C下,恒温干燥24h。
[0067]步骤(2)中,溶胀条件为:含有锂离子的全氟聚合物电解质基材与有机溶剂的质量比为1: 100,溶胀时间为24ho
[0068]以KB碳为正极、金属锂片为负极及本实施例制备的聚合物电解质一起在充满氩气的手套箱中组装成CR2025扣式锂空气电池。将上述扣式锂空气电池在室温下以0.1mA/cm2电流密度,在纯氧气氛下进行恒电流充放电测试,充放电截止电压为2-4.2V,测得电池的放电比容量为4812mAh/g。
[0069]实施例5:
[0070]本实施例中,锂空气电池用聚合物电解质中的全氟聚合物电解质基材为采用溶剂流延工艺制备而成的全氟磺酸聚合物电解质基材Naf1n(美国Dupont公司生产),厚度为52 μ m,有机溶剂为氯化亚砜,其中,全氟聚合物电解质基材中有机溶剂的质量百分含量为40%。
[0071]本实施例锂空气电池用聚合物电解质的制备方法如下:
[0072](I)先配制一定浓度的氢氧化锂溶液,将全氟聚合物电解质基材置于氢氧化锂溶液中进行锂化处理,再用去离子水洗涤数次,经干燥处理后,即制得含有锂离子的全氟聚合物电解质基材;
[0073](2)将有机溶剂置于密闭容器中,再将步骤(I)制得的含有锂离子的全氟聚合物电解质基材浸泡在有机溶剂中,充分溶胀,即制得所述的锂空气电池用聚合物电解质。
[0074]步骤⑴中,氢氧化锂溶液的浓度为1.5mol/L ;锂化处理的条件为:在100°C下,加热回流6h ;干燥处理的条件为:在100°C下,恒温干燥16h。
[0075]步骤(2)中,溶胀条件为:含有锂离子的全氟聚合物电解质基材与有机溶剂的质量比为1:100,溶胀时间为48h。
[0076]以KB碳为正极、金属锂片为负极及本实施例制备的聚合物电解质一起在充满氩气的手套箱中组装成CR2025扣式锂空气电池。将上述扣式锂空气电池在室温下以0.1mA/cm2电流密度,在纯氧气氛下进行恒电流充放电测试,充放电截止电压为2-4.2V,测得电池的放电比容量为4600mAh/g。
[0077]实施例6:
[0078]本实施例中,锂空气电池用聚合物电解质中的全氟聚合物电解质基材为采用溶剂流延工艺制备而成的全氟磺酸聚合物电解质基材Naf1n(美国Dupont公司生产),厚度为130μπι,有机溶剂为二甲基砜、甲基乙基砜及甲基丙基砜按质量比为1:1:1的混合溶剂,其中,全氟聚合物电解质基材中有机溶剂的质量百分含量为30 %。
[0079]本实施例锂空气电池用聚合物电解质的制备方法如下:
[0080](I)先配制一定浓度的氢氧化锂溶液,将全氟聚合物电解质基材置于氢氧化锂溶液中进行锂化处理,再用去离子水洗涤数次,经干燥处理后,即制得含有锂离子的全氟聚合物电解质基材;
[0081](2)将有机溶剂置于密闭容器中,再将步骤(I)制得的含有锂离子的全氟聚合物电解质基材浸泡在有机溶剂中,充分溶胀,即制得所述的锂空气电池用聚合物电解质。
[0082]步骤⑴中,氢氧化锂溶液的浓度为1.8mol/L ;锂化处理的条件为:在90°C下,加热回流12h ;干燥处理的条件为:在120°C下,恒温干燥12h。
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