一種鋰空氣電池用電解液添加劑制造技術

本發明專利技術公開了一種鋰空氣電池用電解液添加劑。向常規電解液中加入添加劑即可制得低充電極化的電解液，常規電解液包括非水有機溶劑和鋰鹽，其中非水有機溶劑的含量為總重的80％～95％，電解液添加劑質量為總重的0.1％～5％；以上所述的電解液添加劑為含碘的苯衍生物。含有該添加劑的電解液能夠大大降低鋰空氣電池正極的充電極化，提高能量效率，另外還可以抑制副反應的發生，提高倍率性能和循環性能。這種電解液制備方法簡單，可大批量制備，且含有該電解液的鋰空氣電池能夠在較大電流下穩定循環。

Electrolyte additive for lithium air battery

The invention discloses an electrolyte additive for a lithium air battery. The electrolyte additive is added to obtain the low charge polarization to the electrolyte solution. The conventional electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt, the water content of non organic solvents for the total weight of 80% ~ 95%, the quality of the total weight of the electrolyte additive 0.1% ~ 5%; electrolyte additives such as benzene derivatives containing iodine. The electrolyte containing the additive can greatly reduce the charging polarization of the positive electrode of the lithium air battery, improve the energy efficiency, and can also inhibit the occurrence of side reactions, and improve the performance of the multiplying power and the cycle performance. The preparation method of the electrolyte is simple and can be prepared in large quantities, and the lithium air battery containing the electrolyte can be stably recycled under larger electric current.

【技術實現步驟摘要】
一種鋰空氣電池用電解液添加劑
本專利技術涉及一種可以降低鋰空氣電池充電過電位和提高其循環性能的電解液添加劑和含有該電解液添加劑的低充電極化電解液及鋰空氣電池。
技術介紹
隨著經濟和科學技術的發展，人類的能源結構正不斷向清潔、可持續方向發生改變。目前，具有高能量密度、長循環壽命等特點的鋰離子電池已成為消費類電子產品的主要電源，扮演著及其重要的角色。但隨著高比能量移動設備的發展，鋰離子電池已難以滿足現在的市場需求，如新能源汽車、光伏儲能、電網調峰等大型電能存儲設備。相比于鋰離子電池，非水系鋰空氣電池具有更高的理論比能量，是傳統鋰離子電池的5～10倍，可與汽油相媲美，因此受到了人們的廣泛關注。但是由于鋰空氣電池陰極反應涉及到O2的的還原(ORR)和析出(OER)反應，而這兩個反應的動力學過程十分緩慢，從而導致充放電過程，特別是充電過程存在很大的過電位，造成了鋰空氣電池較低的能量效率。催化劑是加快氧電極ORR/OER動力學的關鍵。因此氧催化劑的研究也成為非水鋰空電池的研究重點。近幾年來的研究主要集中在碳材料及其與過渡金屬的復合物等固相催化劑方面。研究表明，貴金屬(如Pt、Au、Pd、Ru等)及其氧化物(如RuO2等)表現出極其優異的ORR和OER活性，能夠大大降低鋰空氣電池的充放電極化，提高能量效率。但是昂貴的價格和資源是制約其發展的重要障礙。一些廉價的過渡金屬氧化物材料，如MnO2等材料，表現出較高的容量和ORR活性，但是其OER活性略顯不足。另外，由于放電產物Li2O2是以固態形式存在在氧電極中，因此Li2O2與上述固相催化劑之間的接觸面積(固/固界面)十分有限，對于遠離電極表面的放電產物并不能很好地與固相催化劑接觸，從而很難被固相催化劑催化分解，這在很大程度上制約了固相催化劑性能的發揮。近年來，研究者們提出使用液相催化劑(也稱氧化還原介質，redoxmediator)作為氧電極的催化劑。這類催化劑，如TEMPO、酞菁鐵(FePc)、LiI等，可以溶解在電解液中，大大提高了催化劑與Li2O2的接觸面積。在充電過程中，液相催化劑首先被氧化成氧化態，然后再與Li2O2發生化學反應，從而氧化分解Li2O2，其自身則恢復還原態。但是它們都會存在一些問題，如氧化態的RM+會穿梭到負極鋰一側，與負極鋰發生反應，從而腐蝕鋰負極。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對鋰空氣電池充電極化大，循環性能差的問題，提供一種電解液添加劑和含有該電解液添加劑的低充電極化電解液及鋰空氣電池，該電解液添加劑可以降低鋰空氣電池的充電極化，并提高其倍率性能和循環性能。為了達成上述目的，本專利技術的技術方案包括以下內容：一種電解液添加劑，所述的電解液添加劑為含碘的苯衍生物：亞碘酰苯C6H5IO、碘酰苯C6H5IO2、碘苯C6H5I中的一種或多種，它們的結構分別如下：前述的含碘的苯衍生物的用途，用于鋰電池電解液添加劑。一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，其特征在于：向普遍使用的電解液中加入前述的電解液添加劑即可制得低充電極化電解液；所述的普遍使用的電解液包括非水有機溶劑和鋰鹽；其中非水溶劑的含量為總重的80％～95％，電解液添加劑質量為總重的0.1％～5％。低充電極化是指充電電壓平臺低于3.8V。作為優選，所述的鋰鹽為高氯酸鋰、三氟甲磺酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰中的任意一種或是其中的幾種的混合物；鋰鹽濃度為0.1M～1.0M。作為優選，所述的非水有機溶劑是在氬氣手套箱下，與氫化鈣混合攪拌除水一周，然后在氮氣或惰性氣體保護下，經過減壓蒸餾提純所制得；非水有機溶劑種類包括：二甲亞砜(DMSO)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、二乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(CH3CN)等。一種含有電解液添加劑的鋰空氣電池，采用上述含有電解液添加劑的低充電極化電解液作為電解液。作為優選，該鋰空氣電池的正極材料使用商業化碳布體系。本專利技術所述的鋰空氣電池，是指通過鋰和空氣接觸，用鋰作陽極，以空氣作為陰極反應物的電池。采用上述方案后，本專利技術具有的有益效果是：一、本專利技術由于采用了亞碘酰苯作為電解液添加劑，其可以很好的與放電產物相互接觸，高效地降低充電過電位，而且能與放電中間產物超氧化鋰和放電產物過氧化鋰相互作用，穩定這兩種物質，抑制副反應的發生。含有這種電解液添加劑的鋰空氣電池在充電極化大以及循環差等方面的問題得到了明顯的改善，不僅降低了鋰空氣電池的充電極化、而且提高了其循環性能和使用壽命。二、該電解液添加劑穩定性好，結構簡單，能與放電產物有著很好的接觸，從而能夠高效催化放電產物的分解。三、該電解液配方簡單，容易制備，有利于大批量生產。附圖說明圖1是含添加劑電解液的充放電曲線；圖2是含添加劑電解液的倍率性能；圖3a和b是含添加劑電解液的循環性能。具體實施方式本專利技術實施例中所用的鋰空氣電池的正極活性材料選用商業碳布，負極直接采用金屬鋰，每個電池電解液使用量為90μL，約為0.1g。選用含有電解液添加劑的低極化電解液組裝的鋰空氣電池作為實施例，選用不含電解液添加劑的常規電解液組裝的鋰離子電池作為比較例。比較例：在氬氣手套箱內(H2O<1ppm)配制常規電解液的具體步驟如下：(1)在氮氣或惰性氣體保護下，將與氫化鈣攪拌一周除水的非水有機溶劑減壓蒸餾提純，得到非水有機溶劑。(2)將稱量好的鋰鹽加入到非水有機溶劑中，得到常規電解液，裝于干凈的血清瓶中。其中，非水有機溶劑為二甲亞砜(DMSO)，占總重量的90％～95％；鋰鹽：濃度為0.5M的高氯酸鋰(LiClO4)。用該常規電解液組裝成鋰空氣電池。實施例1：一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，向比較例所述的常規電解液中加入占總重量0.94％即0.05M的電解液添加劑(亞碘酰苯)，得到低充電極化電解液，裝于干凈的血清瓶中；所述電解液添加劑的結構式如下：用該低充電極化電解液組裝成鋰空氣電池。將上述實施例與比較例中組裝好的鋰空氣電池在室溫下，2.4～4.5V電壓范圍內測試電池的電化學性能，如圖1所示，為含添加劑電解液與常規電解液的電化學性能比較。從結果可以看出，加入亞碘酰苯的電解液用于鋰空氣電池能大大改善其充電極化的問題。如圖2所示，為含添加劑電解液的倍率性能圖。從結果可以看出，加入亞碘酰苯的電解液用于鋰空氣電池能獲得較好的倍率性能。如圖3所示，為含添加劑電解液的循環性能。從結果可以看出加入亞碘酰苯的電解液用于鋰空氣電池具有較好的循環性能和使用壽命。實施例2：一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，向比較例所述的常規電解液中加入占總重量0.87％即0.05M的電解液添加劑，得到低充電極化電解液，裝于干凈的血清瓶中；所述電解液添加劑的結構式如下：用該低充電極化電解液組裝成鋰空氣電池。實施例3：一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，向比較例所述的常規電解液中加入占總重量1.01％即0.05M的電解液添加劑，得到低充電極化電解液，裝于干凈的血清瓶中；所述電解液添加劑的結構式如下：用該低充電極化電解液組裝成鋰空氣電池。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
亞碘酰苯C

【技術特征摘要】
1.亞碘酰苯C6H5IO的用途，用于鋰電池的電解液添加劑。2.一種電解液添加劑，其特征在于：所述的電解液添加劑包括亞碘酰苯C6H5IO、碘酰苯C6H5IO2、碘苯C6H5I中的一種或多種，它們的結構分別如下：3.一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，其特征在于：向常規電解液中加入權利要求2所述的電解液添加劑即制得低充電極化電解液；常規電解液包括非水有機溶劑和鋰鹽；其中非水溶劑的含量為總重的80％～95％，電解液添加劑質量為總重的0.1％～5％。4.根據權利要求3所述的一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液,其特征在于：所述的低充電極化是指充電電壓平臺低于3.8V。5.根據權利要求3所述的一種含有電解液添加劑的低充電極化電解液，其特征在于：所述的鋰鹽為高氯酸鋰、...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭明森，董全峰，范鏡敏，林曉東，
申請(專利權)人：廈門大學，
類型：發明
國別省市：福建,35