鋰空氣電池及其電解液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰空氣電池及其電解液。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰空氣電池是一種利用鋰作負極、以空氣中的氧氣或純氧作為正極反應(yīng)物的電池，由于氧氣可從環(huán)境中獲取而不用保存在電池里，因此，與鋰離子電池相比，鋰空氣電池具有更高的能量密度(3到5倍)，而且，鋰空氣電池環(huán)境友好、原材料豐富、單位能量造價低廉等優(yōu)點而受到電池屆人士的關(guān)注，因此近年來正成為全球范圍內(nèi)的研宄熱點，并有望成為新一代的二次電池。鋰空氣電池的基本工作原理為:當放電時，電池發(fā)生氧還原反應(yīng)，此時負極的鋰釋放電子后成為Li+，Li+穿過電解材料，當正極與氧氣以及從外電路流來的電子結(jié)合生成氧化鋰或過氧化鋰，并留在正極，而在充電時，上述反應(yīng)可逆地進行，并發(fā)生析氧反應(yīng)。
[0003]但是，目前，鋰空氣電池的應(yīng)用還受到如下阻礙:Li2O2作為鋰空氣電池的放電產(chǎn)物不溶于傳統(tǒng)的鋰空氣電池非水電解質(zhì)，從而造成電池正極進氣孔道的堵塞，影響反應(yīng)進行，造成電池容量受限。
[0004]有鑒于此，確有必要提供一種鋰空氣電池及其電解液，該電解液的使用可以提高電池的比容量和改善電池的循環(huán)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于:針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種鋰空氣電池用電解液，該電解液的使用可以提高電池的比容量和改善電池的循環(huán)性能。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
鋰空氣電池用電解液，包括鋰鹽、有機溶劑，還包括添加劑，所述添加劑為甲醇，所述添加劑占所述電解液的總質(zhì)量的0.05%-5%，所述有機溶劑為醚類溶劑。
[0007]由于電解液是充放電過程中電池兩極間傳輸Li+的唯一媒介，因此電解液的性質(zhì)對鋰空氣電池的性能有著重要的影響。如電解液的揮發(fā)性會使得電解液減少，電解液的粘度大則會影響氧氣的溶解度和氧氣的傳輸速率，氧氣溶解度和擴散速率則影響電池的大能力放電能力。本發(fā)明中，醚類溶劑在鋰-空氣電池中具有良好的穩(wěn)定性和快速放電能力，不易揮發(fā)、氧氣溶解度高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，有利于改善電池的循環(huán)性能。
[0008]由于Li2O2為極性化合物，其不溶于傳統(tǒng)的非水電解質(zhì)，但是能溶解于甲醇中。由于在放電過程中產(chǎn)生大量的不溶于傳統(tǒng)的非水電解液的放電產(chǎn)物過氧化鋰堆積在正極，一方面堵塞正極氧氣進入孔道，使得的放電終止，另一方面，不溶解的過氧化鋰附著在正極催化劑上，阻礙了催化劑和活性物質(zhì)相互作用，降低了催化效果，使得電池效率降低。如果在電解液中添加一定量的甲醇，放電產(chǎn)物過氧化鋰能部分溶解到電解液中，從而一定程度緩解了過氧化鋰堵塞氧氣孔道的問題，反應(yīng)得以繼續(xù)進行，同時改善催化劑被過氧化鋰完全附著的問題，提高催化劑效果，從而提高電池的比容量和改善電池的循環(huán)性能。
[0009]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述添加劑占所述電解液的總質(zhì)量的1%-3%。這是優(yōu)選的范圍，添加劑的含量不能太小，否則起不到改善效果，添加劑的含量也不能太大，否則會影響電池性能。
[0010]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述添加劑占所述電解液的總質(zhì)量的2% O
[0011]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述有機溶劑為乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲基醚和四乙二醇二甲基醚中的至少一種。這幾種醚類不易揮發(fā)、對氧溶解度高、電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬。
[0012]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述有機溶劑的含水量小于或等于3ppm。由于水分會與負極鋰片發(fā)生副反應(yīng)，影響電池性能，因此需要控制各組成部分的含水量。實際操作時，可以采用如下方法對有機溶劑進行干燥:將有機溶劑在常壓或減壓下回流干燥6-12h，再用分子篩干燥2天-4天。
[0013]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述添加劑的含水量小于或等于3ppm。實際操作時，可以采用如下方法對添加劑進行干燥:將添加劑在常壓或減壓下回流干燥6-12h，再用分子篩干燥2天-4天。
[0014]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、四氟硼酸鋰和高氯酸鋰中的至少一種。
[0015]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述鋰鹽在所述電解液中摩爾濃度為 0.2mol/L_l.2mol/Lo
[0016]作為本發(fā)明鋰空氣電池用電解液的一種改進，所述鋰鹽的含水量小于或等于5ppm。實際操作時，可以將鋰鹽在120°C _180°C下抽真空處理12h_24h。
[0017]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的電解液具有電化學(xué)窗口寬、Li2O2溶解量高等優(yōu)點，有利于可逆產(chǎn)物的繼續(xù)生成，用于鋰空氣電池時，對電池容量、倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性都有顯著改善效果。實驗結(jié)果表明:應(yīng)用本發(fā)明的電解液組裝成的扣式電池，在0.05mA/cm2的電流密度下進行充放電測試，首次放電比容量可高達10806.7mAh/g。
[0018]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種鋰空氣電池，包括正極、負極，還包括本發(fā)明所述的鋰空氣電池用電解液。
[0019]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過使用含有醚類溶劑、添加劑甲醇和鋰鹽的電解液，可以獲得容量高、倍率性能好、循環(huán)穩(wěn)定性好的電池。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明及其有益技術(shù)效果進行詳細說明。
[0021]圖1為本發(fā)明中實施例1和對比例I提供的電池的首次充放電曲線圖。
[0022]圖2為本發(fā)明中實施例1和對比例I提供的電池的充放電循環(huán)曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]實施例1
本實施例提供的一種鋰空氣電池用電解液，包括鋰鹽雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、有機溶劑三乙二醇二甲基醚(TEGDME)，還包括添加劑甲醇，甲醇占電解液的總質(zhì)量的0.3%，鋰鹽雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰在電解液中摩爾濃度為lmol/L。
[0024]其中，雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)的含水量為2ppm，甲醇的含水量為2ppm，三乙二醇二甲基醚的含水量為2ppm。
[0025]制備時，在充滿高純氬氣的手套箱內(nèi)，用微量分析電子天平稱取2.871g LiTFSI,用移液槍量取9.95mL TEGDME,取0.05mL甲醇配成混合溶液，攪拌均勻后靜置2h，得到所制備的醚類電解液。
[0026]本實施例還提供了一種鋰空氣電池，其包括