一种全固态锂-空气电池及制备方法
【专利摘要】本发明属于电化学技术领域，具体为一种新型全固态锂?空气电池及其制备方法。该电池包含三维石墨烯正极，新型碘化锂?3?羟基丙腈复合物中添加碘化锂：简写为LiIHPN?xLiI(0≤x≤10)固体电解质和金属锂(Li)或含锂合金负极。本发明所提出的新型全固态锂?空气电池，采用LiIHPN?LiI固体电解质，355K时放电容量2100mAh g?1条件下，可以循环10次以上，是一种新型的全固态锂?空气电池。LiIHPN?xLiI(0≤x≤10)固体电解质，其中的碘化锂可以被氧化成碘单质与放电产物Li2O2反应，从而降低电池极化，改善锂?空气电池的循环性能。
【专利说明】
一种全固态锂-空气电池及制备方法
技术领域
[0001]本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种新型全固态锂-空气电池及其制备方法。该电池包含三维石墨烯正极，新型碘化锂-3-羟基丙腈复合物中添加碘化锂:简写为LilHPN-xLiKO <x< 10)固体电解质和金属锂(Li)或含锂合金负极。
【背景技术】
[0002]长期以来，人们采用的传统能源利用方式已经给我们的环境带来了巨大的污染，同时，资源短缺、温室效应等问题也日渐突出。可见，传统的能源结构和利用方式已经越来越难以适应人类可持续发展的需要。为了能够高效、合理地使用不可再生能源，又能保持环境和生态平衡，人们开发了能够将燃料和氧气(氧化剂)的化学能转化为电能的燃料电池技术。锂-空气等金属空气电池能够发挥燃料电池的优点，以空气中的氧气作为正极活性物质，金属作为负极活性物质，具有能量密度高、性能稳定的特点。金属空气电池的原材料丰富、性价比高、无污染，因此被称为是“面向21世纪的绿色能源”。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能量密度高、性能稳定的新型的全固态锂-空气电池及其制备方法。
[0004]本发明提供的全固态锂-空气电池，其正极材料为自组装三维石墨烯，负极材料为锂片，电解质为碘化锂-3-羟基丙腈复合物(LiIHPN)中添加碘化锂(LiI)得到的固体电解质，记为1^1册~11^1，这里1为1^1的摩尔含量，O SxS 10。
[0005]本发明提供的全固态锂-空气电池的制备方法，具体步骤为:
步骤I，三维石墨烯正极制备:取1.5-2.5ml的氢碘酸，加入到2.0-3.0ml浓度为2.0-3.0mg/ml的氧化石墨烯分散液中，70-100°C下保持0.5_5小时后，得到自组装三维纯石墨烯，利用索氏提取器在乙醇和水中清洗后，冷冻干燥得到三维石墨烯正极
步骤2，LiIHPN-xLiI(0<x<10)固体电解质通过压力成型，例如热压成型或熔融塑型等方式成型，作为新型的全固态锂-空气电池的电解质。
[0006]步骤3，电池组装:将三维石墨烯正极，LiIHPN-xLiI(0<x< 10)固体电解质，锂片简单按压后，组成新型的全固态锂-空气电池。
[0007]本发明中，所述的作为正极的自组装三维石墨烯，包括但并不限于自组装的纯三维石墨烯电极，混合有粘结剂、导电剂等一种或几种添加剂的三维石墨烯电极。
[0008]本发明中，所述的作为负极的锂片，为金属锂(Li)或含锂合金，包括并不限于金属锂、锂铝合金、锂硼合金、锂硅合金等。
[0009]本发明中，所述的LiIHPN_xLiI(0 <x< 10)固体电解质，包括并不限于LiIHPN-xLi I (O ^ X < 10)固体电解质，混合粘结剂、隔膜、一种或几种添加剂的Li IHPN-xLi 1(0<χ<10)固体电解质。
[0010]本发明中，所述碘化锂-3-羟基丙腈复合物(LiIHPN)，含有Li元素、I元素、C元素、N元素、O元素和H元素，元素比为Li: 1:C:0:N:H=1:1:3:1:1:5，简写为LilHPN，该化合物具有锂离子传导能力，具备锂离子电导率，室温电导率为2.3*10—8 Scm—1。该化合物制备的具体步骤为:把LiI(HPN)2与LiI按摩尔比1:1混合，并加热至120-160°C，搅拌70-100小时，得到无色透明油状液体，冷却后固化，得到Li IHPN固体电解质。
[0011]本发明中，所述的L i IHPN-XLi I (O < x < 1)固体电解质的制备方法为:把Li IHPN与LiI按不同摩尔比混合，并加热至110-160°C，搅拌80-110小时，得到无色透明油状液体，冷却后固化得到不同比例的LilHPN-xLiKO < X < 10)固体电解质系列。
[0012]本发明提出的锂-空气电池循环10次以上，并保持2000mAhg—1的容量。经研究表明电解质中的LiI可以减小电池的极化并延长锂空气电池循环寿命，目前为止还没有关于LiI在全固态锂-空气电池中应用的报道。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1中LiIHPN-LiI固体电解质的锂-空气电池结构示意图及空气与氩气对比的充放电曲线。
[0014]图2为实施例1中三维石墨稀电极表面生成的放电产物的场发射扫描电镜图。
[0015]图3为实施例1中三维石墨烯电极表面生成的放电产物的场发射透射电镜图。
[0016]图4为实施例2中LiIHPN-0.5LiI固体电解质的充放电曲线。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
[0018]例I如图1所示，本发明提供的全固态锂-空气电池包含:自组装三维石墨烯作为正极，锂片作为负极，LiIHPN-LiI固体电解质作为电解质，泡沫镍作为集电极。在355K的条件下，锂-空气电池在放电容量为2000mAh g—1时，循环10次以上，放电曲线见附图1。
[0019]例2本发明提供的全固态锂-空气电池包含:自组装三维石墨烯作为正极，锂片作为负极，LiIHPN-0.5LiI固体电解质作为电解质，泡沫镍作为集电极。在355K的条件下，锂_空气电池在放电容量为500mAh g—1时，循环5次以上，放电曲线见附图4。
[0020]因此，这是一种新型的全固态锂-空气电池。
[0021]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种全固态锂-空气电池，其特征在于，正极材料为自组装三维石墨烯，负极材料为锂片，电解质为碘化锂-3-羟基丙腈复合物中添加碘化锂的固体电解质，记为LiIHPN-XLiI，这里X为LiI的摩尔含量，O SxS 10。2.根据权利要求1所述的全固态锂-空气电池，其特征在于，所述的正极还包括粘结剂、导电剂中一种或几种添加剂。3.根据权利要求1所述的全固态锂-空气电池，其特征在于，所述的锂片为金属锂或含锂合金，包括金属锂、锂招合金、锂硼合金或锂娃合金。4.根据权利要求1所述的全固态锂-空气电池，其特征在于，所述的固体电解质还包括混合粘结剂、隔膜、一种或几种添加剂。5.—种如权利要求1-4之一所述的全固态锂-空气电池的制备方法，其特征在于，具体步骤为: 步骤I，三维石墨烯正极制备:取1.5-2.5ml的氢碘酸，加入到2.0-3.0ml浓度为2.0-.3.0mg/ml的氧化石墨烯分散液中，70-100°C下保持0.5_5小时后，得到自组装三维纯石墨烯，利用索氏提取器在乙醇和水中清洗后，冷冻干燥得到三维石墨烯正极； 步骤2，碘化锂-3-羟基丙腈复合物中添加碘化锂的固体电解质通过压力成型，采用热压或熔融塑型方式成型； 步骤3，电池组装:将三维石墨烯正极，碘化锂-3-羟基丙腈复合物中添加碘化锂的固体电解质，锂片简单按压后，组成新型的全固态锂-空气电池。
【文档编号】H01M12/08GK105870548SQ201610406324
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】刘方超, 傅正文
【申请人】复旦大学