[发明专利]一种锂空气电池正极防水透气膜的简易制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂空气电池及金属空气电池正极的防水透气膜的制备方法。 

背景技术

随着21世纪能源危机的到来，锂空气电池因其极高的能量密度受到了人们的广泛关注和研究。而锂空气电池的容量在很大程度上受到正极结构的限制，由于正极通孔的存在，使得空气中除了活性物质-O₂通过外，H₂O和CO₂等杂质也会通过气孔而进入电池内部，和负极传输到正极的Li^＋反应，产生LiOH、Li₂CO₃等锂的化合物。这不仅会降低电池的容量，而且还会因为LiOH、Li₂CO₃等锂的化合物无法有效分解，堆积在电池正极端，造成空气正极的堵塞，增大电池的极化，从而限制了电池的循环性能。另外，电解液也会通过正极通孔逐渐挥发，导致电池内部电阻增加，甚至出现断路等问题。 

正是由于上述问题，目前锂空气电池的研究成果大部分在纯氧环境中取得。这在很大程度上限制了锂空气电池在实际环境中的推广和应用。所以在锂空气电池实际使用过程中，研究开发一种能够防水透气的正极隔膜十分重要。 

发明内容

本发明提供一种锂空气电池正极防水透气膜的简易制备方法。 

本发明的技术方案是：用N-甲基吡咯烷酮(NMP)将聚偏氟乙烯(PVDF)溶解，得到聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮的透明溶液。然后将石墨、乙炔黑以及硫酸钠(Na₂SO₄)加入上述溶液中，搅拌12 h，得到制膜浆料。在室温条件下将制膜浆料缓慢倒入成膜器中，铺平。然后将成膜器放入真空干燥箱中，确保水平放置，在一定温度下恒温干燥即可得到防水透气膜。 

根据本发明的技术方案，所述聚偏氟乙烯(PVDF)可以用等质量的聚四氟乙烯(PTFE)代替。 

根据本发明的技术方案，所述N-甲基吡咯烷酮溶液中聚偏氟乙烯的浓度为50~200g/L。 

根据本发明的技术方案，所述浆料中石墨与聚偏氟乙烯的质量比是0.125~0.6。 

根据本发明的技术方案，所述浆料中乙炔黑与聚偏氟乙烯的质量比是0.0625~0.125。 

根据本发明的技术方案，所述浆料中硫酸钠(Na₂SO₄)与聚偏氟乙烯的质量比是0.0625~0.125。 

根据本发明的技术方案，所述成膜器中浆料的厚度是0.2~0.8 g/cm²。 

根据本发明的技术方案，所述干燥的温度是70~140℃。 

根据本发明的技术方案，所述干燥的时间是5~15h。 

本发明方法以聚氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、乙炔黑和硫酸钠(Na₂SO₄)为原料，采用湿法成膜法，通过控制原料的浓度，干燥过程中的浆料质量、干燥温度、时间等条件制备出具备防水透气性能的薄膜。本发明的制备方法工艺过程简单，所得薄膜韧性、强度适中，防水透气性能良好，适合用于锂空气电池正极防水透气膜，并能达到优良的实验及使用效果。 

附图说明

图1是采用实施例2所制备的防水透气膜组装的锂空气电池在大气环境中的充放电测试图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。 

实施例1 

以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将5 g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100 mL浓度为50 g/L的溶液，向溶液中添加1 g石墨，0.5 g乙炔黑以及0.4 g硫酸钠(Na₂SO₄)，电磁搅拌12 h制备得到成膜浆液。向成膜器中以0.2 g/cm²的厚度倒入成膜浆液，在70℃干燥5 h，得到黑色较薄的防水透气膜。

实施例2 

以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将10 g聚偏氟乙烯(PVDF)溶解配制成100 mL浓度为100 g/L的溶液，向溶液中添加4 g石墨，0.8 g乙炔黑以及0.8 g硫酸钠(Na₂SO₄)，电磁搅拌12 h制备得到成膜浆液。向成膜器中以0.5 g/cm²的厚度倒入成膜浆液，在100℃干燥10 h，得到黑色厚度适中的防水透气膜。

实施例3