[发明专利]锂空气电池用阴极、锂空气电池、以及制备锂空气电池用电极的方法

权利要求书

1.一种锂空气电池用阴极，所述阴极包含修饰的碳材料，其特征在于，所述修饰的碳材料表面包含至少一种杂原子或者杂原子基团。

2.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述杂原子或者杂原子基团选自H、B、P、O、N、S、F、Cl、Br、I、含氧基团、羧基、羰基、羧酸酐、酚羟基、内酯基、酚基、醌基、呫吨基、醚基、酰基氯化物、甲基酯、重氮甲烷基团、羧酸基团、过氧化物基、超氧化物基、含氮基、C=N、N-H、氰基、卤代基、C-F、亚硫酰氯化物，以及它们的组合。

3.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述杂原子或者杂原子基团的含量为0.5-30重量%，以所述修饰的碳材料计。

4.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述碳材料选自：炭黑，活性碳，活化碳，乙炔炭黑，碳纳米管，碳纳米线，碳纤维，碳纳米泡沫，碳纳米纤维，木炭，焦炭，介孔碳，纤维碳，碳凝胶，碳泡沫，介孔碳微粒，石墨，石墨烯，预氧化碳，木质活性碳，以及上述各种材料的组合。

5.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述碳材料包含乙炔炭黑。

6.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述杂原子和/或杂原子基团含有氧。

7.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述杂原子基团含有包含O₂^-的过氧根离子。

8.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述杂原子或者杂原子基团物理吸附或者化学键合在碳的表面。

9.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料具有至少2.5mol%的表面氧含量。

10.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料具有少于0.2mol%的表面硫含量。

11.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料具有与含有盐与有机溶剂的电解液至少为15°的润湿角。

12.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料具有与含有盐与有机溶剂的电解液10-90°的润湿角。

13.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料具有至少为40m²/g的比表面积。

14.如权利要求1所述的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料在阴极中充当载体与催化剂。

15.一种锂空气电池，它具有包含修饰的碳材料的阴极，其特征在于，所述修饰的碳材料表面包含至少一种杂原子或杂原子基团。

16.如权利要求15所述的锂空气电池，其特征在于，所述电池具有至少800mAh/g的比容量。

17.如权利要求15所述的锂空气电池，其特征在于，所述电池具有至少55%的循环效率。

18.一种制备锂空气电池用电极的方法，该方法包括：

修饰碳材料以在碳材料的表面引入至少一种杂原子或杂原子基团，所述修饰包括：

用化学品、等离子体或者热处理工艺来处理未修饰的碳材料以形成修饰的碳材料；

形成修饰的碳材料和粘结剂的浆料；

将浆料流延到阴极集电体上，以形成电极；以及

按压所述电极到所需的厚度；

该方法任选地包括在处理之前和/或之后洗涤所述碳材料。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，用化学品处理是以溶液的形式进行的，化学品溶液与碳材料的体积比为5-1000。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，用化学品处理是以溶液的形式进行的，溶液中化学品的浓度至少为1重量%。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述化学品包含20重量%的H₂O₂或HNO₃溶液。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，用化学品处理包含回流，搅拌以及它们的混合，处理时间为1-72小时。