[发明专利]可视化的超氧化锂原位制备方法

说明书

本发明公开了一种可视化的超氧化锂原位制备方法，本发明属于锂空气电池技术领域。本发明中以贵金属金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)为催化剂分别与碳纳米管复合，将该复合材料用于全固态锂空气电池的空气电极，并在环境电镜中进行原位制备并观察超氧化锂的形核与生长过程。该复合材料制备方法简单，能有效催化超氧化物的产生，采用原位环境电镜实时观察的方法先进，也易操作。该发明有效的解决了锂‑空气电池中产物生成问题。

技术领域：

本发明属于锂空气电池技术领域，具体涉及对催化纳米锂-空气电池中超氧化锂可视化原位制备方法。

背景技术：

锂-空气电池引起了最多的关注，主要是因为锂是最轻的金属。这意味着它具有最高的理论容量(3862Ah kg^-1)，相当于能量密度为11,680Wh kg^-1，电位约为3.0V。即使基于整个电池系统的考虑，能量密度为1000Wh kg^-1仍然是锂离子电池^[8]的几倍，显示出完全取代汽油中汽油的巨大潜力。

由于电解质的不同，人们提出并开发了四种不同类型的锂-空气电池：非水，含水，混合非水/水和固态锂-空气电池。其中一种典型的非水锂-空气电池是很有前途的电化学能源装置^[9-13]。该电池系统中主要的放电产物过氧化锂(Li₂O₂)不溶于非水电解质，会填充空隙空间或覆盖多孔阴极的表面区域。使得空气电极的表面积和孔结构发生变化，从而影响输送动力学。因此，该电池系统的容量主要受到固体产品堵塞和/或多孔阴极处活性表面钝化的限制。

在锂空气电池充放电中超氧化锂LiO₂也是放电产物，超氧化物(LiO₂)预计会表现出更好的可再充电性，低导程间隙，因其具有更高的导电性，并且在充电过程中金属超氧化物比过氧化物更容易分解。如果能控制放电都生成LiO₂则能极大的优化锂空气电池性能。

然而，目前的研究仍然认为LiO₂为不稳定中间体。而且，作为不稳定中间体的LiO₂易于通过两种机理转移到Li₂O₂中：化学歧化为2LiO₂→Li₂O₂+O₂，并进一步电化学还原为LiO₂+Li⁺+e^-→Li₂O₂。由于机理很复杂，使得LiO₂基Li-O₂电池的实际应用和机理一直处于研究之中。为了推进实现LiO₂基Li-O₂电池，一直期望能够摸索出，稳定的可重复生成LiO₂的方法。

然而，目前为止，研发人员一直在推进生成LiO₂的方法的研究，现有文献中，LuJun在宏观液体锂-空气电池中使用金属铱沉积的氧化石墨烯作为正极材料，通过金属铱纳米颗粒催化，在循环过程中制备出了超氧化锂。并且在充放电循环过程中超氧化锂可以稳定存在并能在低电压下循环(参照Nature 2016,529(7586),377-382)；Zhai Dengyun等在高表面积的活性碳为正极材料，组装了宏观锂氧气电池，通过高强度的XRD和透射电镜表征发现，在放电产物中存在超氧化锂和过氧化锂。然而，这些放电产物超氧化锂大部分是通过在液相的宏观电池中产生，并且经常伴随着歧化反应，极易分解成过氧化锂和氧气，在宏观电池中并不能实时看到超氧化锂的生成与分解过程，研发人员仍然无法窥探LiO₂生成、分解过程中的形貌特征，难以推动LiO₂基Li-O₂电池的研发。