本發(fā)明涉及鋰空氣電池領(lǐng)域，更具體地，涉及促進碳酸鹽分解的電解液及鋰空氣電池。

背景技術(shù)：

鋰-空氣電池是理論能量密度最高的儲能裝置，是化學(xué)電源的發(fā)展方向。由于正極活性物質(zhì)無需儲存在電池內(nèi)部，負極活性物質(zhì)金屬鋰具有最高的比容量(3.81Ah·g^-1)和僅略高于鈣金屬體系的電位。因此鋰空氣電池的理論能量密度遠高于目前的鋰離子電池，達11680Wh·g^-1，與汽油接近，被認為是終極的二次電池。

鋰-空氣電池的組成包括：以金屬鋰為負極，以活性炭等材料構(gòu)成的多孔電極為正極，正負極之間以電解液或固體電解質(zhì)連接。

鋰-空氣電池的工作原理為：在放電過程中，正極的氧氣得到電子，通過電化學(xué)還原與鋰離子結(jié)合生成過氧化鋰，而負極的金屬鋰失去電子氧化為鋰離子并向正極遷移；充電過程中，正極的過氧化鋰失去電子氧化分解，生成氧氣和鋰離子，而負極的鋰離子則得到電子還原為金屬鋰。

自然界的空氣中含有約0.3‰的二氧化碳，且二氧化碳在鋰空氣電池常用電解液溶劑中的溶解度遠高于氧氣，因此在鋰空氣電池實際運行中，二氧化碳會與放電產(chǎn)物(過氧化鋰或氧化鋰)發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鋰，或直接與Li+、氧氣和電子反應(yīng)生成碳酸鋰。此外，電解液和正極材料(一般為活性炭)在電池運行中會發(fā)生副反應(yīng)分解，同樣會生成碳酸鋰。

碳酸鹽在常溫下不導(dǎo)電、不溶于鋰空氣電池常用電解液。在鋰空氣電池常用的充電電位下，其主要分解反應(yīng)方程為：

2M₂CO₃→4M⁺+2CO₂+O₂+4e^- E⁰＝3.82V M＝Li,Na,K

由于這一氧化分解反應(yīng)的過電位大(>0.675V)，因此在鋰-空氣電池和鋰-二氧化碳/氧氣電池的運行過程中會覆蓋電極材料表面，阻礙活性物質(zhì)傳輸，增加電池極化。許多研究表明碳酸鋰的積累是鋰空氣電池失效的主要原因。

為了降低碳酸鋰分解的活化能和過電位，需要采用合適的催化劑，但目前 碳酸鋰分解催化劑的研究極為缺乏，目前已被證實催化效果的碳酸鋰分解催化劑有：金、鉑、氧化鎳。這些催化劑均為固態(tài)。由于其催化對象碳酸鋰也為固態(tài)，因此在與催化劑接觸良好的部分碳酸鋰分解后，催化劑無法對與其接觸不良的碳酸鋰分解起到催化作用。

綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中尚缺乏高效促進碳酸鋰分解的鋰空氣電池和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效促進碳酸鋰分解的鋰空氣電池和方法。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于所述高效促進碳酸鋰分解的鋰空氣電池的碳酸鋰分解催化劑，以及含有所述分解催化劑的電解液。

在本發(fā)明的第一方面，提供了一種可用于鋰空氣電池的電解液，所述的電解液含有鋰鹽、有機溶劑和催化劑，

其中所述催化劑為雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物。

在另一優(yōu)選例中，所述的催化劑具有兩個或多個酞菁環(huán)，并且酞菁環(huán)之間以苯環(huán)相聯(lián)接。

在另一優(yōu)選例中，所述催化劑所含有2～8個，較佳地2-6個酞菁環(huán)。

在另一優(yōu)選例中，所述的酞菁過渡金屬配位化合物具有下式I結(jié)構(gòu)：

式中，

各M可以相同或不同，并且獨立地選自：Fe、Co、NI、Mn、Zn、Cu；

各R可以相同或不同，并且獨立地選自：無、H、-SO₃H、-SO₃Z、-COOH、 -COOZ、C1-C6烷基、-O-C1-C6烷基、-CONH₂；

Z為堿金屬(如Na、K、Li)；

n為0-6的整數(shù)(即0、1、2、3、4、5、或6)，較佳地為0-4整數(shù)(即0、1、2、3、或4)。

在另一優(yōu)選例中，所述催化劑分子中含有選自下組的金屬的離子：鐵、鈷、鎳、銅、鋅、錳、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述的金屬的離子的價態(tài)為二價、三價、或四價。

在另一優(yōu)選例中，所述催化劑的含量為0.00001-1mol/L電解液。

在另一優(yōu)選例中，所述的催化劑為可溶性催化劑。

在另一優(yōu)選例中，所述的有機溶劑為非質(zhì)子溶劑。

在另一優(yōu)選例中，所述的催化劑在非質(zhì)子有機溶劑中的溶解能力大于0.0001mol/L，更佳地為0.0001-1mol/L，更佳地為0.001-0.1mol/L。

在另一優(yōu)選例中，所述有機溶劑選自下組：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基亞砜、離子液體或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述的鋰鹽選自下組：高氯酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、硝酸鋰、三氟甲磺酸鋰、或其組合。

在另一優(yōu)選例中，所述的鋰鹽的含量為0.001-5mol/L，較佳地0.01-2mol/L，更佳地0.1-1mol/L電解液。

在本發(fā)明的第二方面，提供了一種可用于鋰空氣電池的電解質(zhì)(或電解液)產(chǎn)品，所述的電解質(zhì)(或電解液)產(chǎn)品包括第一組分鋰鹽、第二組分催化劑、和任選的第三組分有機溶劑，

其中第一組分鋰鹽、第二組分催化劑、和第三組分有機溶劑可以各自獨立放置、或任何兩個組分混合放置、或三個組分混合放置。

在另一優(yōu)選例中，第一組分鋰鹽、第二組分催化劑、和第三組分有機溶劑是各自獨立放置的。

在另一優(yōu)選例中，所述的催化劑溶解于選自下組的溶劑中：乙醇、乙醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、或其組合。

在本發(fā)明的第三方面，提供了一種鋰空氣電池，其特征在于，包括空氣正極、金屬鋰負極和本發(fā)明第一方面所述的電解液。

在另一優(yōu)選例中，所述電池的工作氣氛為純氧、氧氣-氮氣混合氣(體積比1:99-99:1)、普通空氣或二氧化碳-氧氣混合氣(體積比0.1:99.9-67:33)。

在另一優(yōu)選例中，所述的鋰-空氣電池還包含隔膜、外殼及電池輔助系統(tǒng)。

在本發(fā)明的第四方面，提供了一種雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物的用途，它被用于制備催化鋰空氣電池中碳酸鹽分解的催化劑或電解液；或用于制備鋰空氣電池。

在另一優(yōu)選例中，所述的鋰空氣電池為高能量密度鋰-空氣電池器件。

應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附圖說明

圖1為顯示了本發(fā)明代表性的雙核(或多核)金屬酞菁配合物的結(jié)構(gòu)。

圖2為使用本發(fā)明一個實例中代表性的電解液的鋰-碳酸鋰電池充電至正極不同電位后的正極X射線衍射圖譜。電解液具體組分為：鋰鹽為1mol/L雙三氟甲磺酰亞胺鋰，催化劑為0.005mol/L雙核酞菁鈷，有機溶劑為四乙二醇二甲醚。對比圖譜為電解液中不加入催化劑的電池充電至正極不同電位后的正極X射線衍射圖譜。

圖3(a)為使用本發(fā)明一個實例中代表性的電解液的鋰-二氧化碳/氧氣電池的1000mAh/g_carbon定容充放電曲線。電解液具體組分為：鋰鹽為1mol/L雙三氟甲磺酰亞胺鋰，催化劑為0.005mol/L雙核酞菁鈷，有機溶劑為四乙二醇二甲醚,電流密度為100mA/g_carbon，測試氣氛為1atm CO₂-O₂(體積比2:1)。圖3(b)為電解液中不加入催化劑的鋰-二氧化碳/氧氣電池的充放電曲線。

圖4為使用本發(fā)明一個實例中代表性的電解液的鋰-空氣電池的500mAh/g_carbon定容充放電循環(huán)的終止電壓變化曲線。電解液具體組分為：鋰鹽為1mol/L雙三氟甲磺酰亞胺鋰，催化劑為0.005mol/L雙核酞菁鈷，有機溶劑為四乙二醇二甲醚,電流密度為100mA/g_carbon，測試氣氛為1atm N₂-O₂(體積比78:22)。對比曲線為電解液中不加入催化劑，以及電解液中加入0.005mol/L單核酞菁鈷的鋰-空氣電池的500mAh/g_carbon定容充放電循環(huán)的終止電壓變化曲線。

具體實施方式

本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，首次開發(fā)了新型的用于鋰空氣電池的、 高效促進碳酸鹽分解的電解液，該電解液包括鋰鹽、有機溶劑和可溶性催化劑，其中可溶性催化劑包括雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物(例如雙核酞菁鈷或六核酞菁鐵等)。實驗表明，采用本發(fā)明新型電解液制備的相應(yīng)的鋰空氣電池，通過溶液相的碳酸鹽分解催化體系，有效克服碳酸鹽與固體電極之間電接觸不良的情況，從而顯著降低碳酸鹽的分解電位，因此能非常有效地減少空氣電極中的碳酸鋰積累，從而改善電池的循環(huán)性能。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。

雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物(催化劑)

在本發(fā)明中，催化劑是核心成分。經(jīng)過大量篩選和測試，本發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，與其他物質(zhì)相比，雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物特別適合作為鋰空氣電池中催化碳酸鹽分解的催化劑。

一方面，雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物可溶解于或分散于合適的有機溶劑中，形成溶液相的碳酸鹽分解催化體系；另一方面，雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物在多次充放電過程中仍可保持高效的催化活性，因此特別適合鋰空氣電池，并且其性能明顯優(yōu)于金、鉑、氧化鎳等常規(guī)催化劑。

在本發(fā)明中，典型的可溶性催化劑可選擇為雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物。

本發(fā)明的典型催化劑具有以下特征：具有兩個或以上的酞菁環(huán)結(jié)構(gòu)，且酞菁環(huán)結(jié)構(gòu)之間以苯環(huán)相聯(lián)接。酞菁環(huán)中央為相同或不同的金屬離子,通過配位鍵與酞菁環(huán)結(jié)合。酞菁環(huán)側(cè)面的苯環(huán)無取代基，或含有一個或多個其他取代基(如磺基、羧基等取代基)。與酞菁環(huán)結(jié)合或配位的金屬離子包括(但并不限于)：Co、Fe、Mn、Ni、Zn、Cu或其組合。

一種典型的酞菁過渡金屬配位化合物具有下式I結(jié)構(gòu)：

式中，

各M可以相同或不同，并且獨立地選自：Fe、Co、NI、Mn、Zn、Cu；

各R可以相同或不同，并且獨立地選自：無、H、-SO₃H、-SO₃Z、-COOH、-COOZ、C1-C6烷基、-O-C1-C6烷基、-CONH₂；

Z為堿金屬(如Na、K、Li)；

n為0-6的整數(shù)(即0、1、2、3、4、5、或6)，較佳地為0-4整數(shù)(即0、1、2、3、或4)。

在另一優(yōu)選例中，在每個苯環(huán)上R的數(shù)量為1-2個，較佳地為1個。

在一個優(yōu)選實施方式，所述的具有多個氧化還原中心的可溶性氧化還原介體(或催化劑)是雙核金屬酞菁或六核金屬酞菁。

在一個優(yōu)選例中，所述催化劑具有兩個酞菁環(huán)。

在另一優(yōu)選例中，特別優(yōu)選的式I化合物的例子包括(但并不限于)：雙核酞菁鈷、六核酞菁鐵、雙核酞菁鈷錳(II)等。部分代表性化合物的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

促進碳酸鹽分解的電解液

本發(fā)明提供一種可有效促進碳酸鹽分解的電解液(或稱為“本發(fā)明電解液”)，所述的電解液中含有可溶性的、高效催化碳酸鹽分解的催化劑、鋰鹽和有機溶劑。

應(yīng)理解，本發(fā)明的電解液中，可以含有一種式I化合物，也可以含有兩種或多種式I化合物。例如，可以含有雙核酞菁鈷和六核酞菁鐵的混合物。

在本發(fā)明中，可使用的電解液溶劑沒有特別限制，可以是任何適用于鋰空氣電池的溶劑，包括有機溶劑，尤其是非質(zhì)子的有機溶劑。在本發(fā)明中，代表性的溶劑例子包括(但并不限于)：聚醚類溶劑(如二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚)、離子液體、二甲基乙酰胺或二甲基亞砜(DMSO)、或其組合。

在本發(fā)明中，可使用的鋰鹽沒有特別限制，可以是任何適用于鋰空氣電池的鋰鹽。在本發(fā)明中，代表性的鋰鹽例子包括(但并不限于)：高氯酸鋰(LiClO₄)、雙三氟甲磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、六氟磷酸鋰(LiPF₆)、硝酸鋰(LiNO₃)或三氟甲磺酸鋰(LiCF₃SO₃)。

鋰空氣電池和應(yīng)用

本發(fā)明除了提供一種用于鋰-空氣電池的可溶解于電解液的碳酸鹽分解催化劑和電解液，還提供了相應(yīng)的鋰空氣電池。

在本發(fā)明中，鋰空氣電池除了包括含有本發(fā)明電解液的鋰-氧氣電池之外，還包括含有本發(fā)明電解液的鋰-二氧化碳/氧氣電池。本發(fā)明的鋰-二氧化碳/氧氣電池是一種可用于評估碳酸鋰分解催化劑的催化能力的測試工具。

鋰-二氧化碳/氧氣電池是一種以鋰為負極，以二氧化碳和氧氣的混合氣為正極活性物質(zhì)的電池，可視為人為提高了二氧化碳濃度的鋰-空氣電池。

鋰-二氧化碳/氧氣電池的工作原理為：在放電過程中，正極的氧氣得到電子，通過電化學(xué)還原生成超氧自由基，隨后與溶解到電解液中的二氧化碳反應(yīng)生成過氧碳酸根，過氧碳酸根繼續(xù)與超氧自由基反應(yīng)并與鋰離子結(jié)合，生成碳酸鋰和氧氣，而負極的金屬鋰失去電子氧化為鋰離子并向正極遷移；充電過程中，正極的碳酸鋰失去電子氧化分解，生成氧氣、二氧化碳和鋰離子，而負極的鋰離子則得到電子還原為金屬鋰。

如本文所用，鋰-二氧化碳/氧氣電池中提高了二氧化碳富集程度，因此可以用于評估碳酸鋰分解催化劑的催化能力。

測試方法

在本發(fā)明中，可以用常規(guī)的方法測試本發(fā)明催化劑、電解液、或鋰空氣電池的性能，尤其是催化碳酸鹽分解的性能。

在測試中，測試氣氛優(yōu)選為以下氣體中的一種：N₂:O₂＝78:22(v/v)的模擬干燥空氣或CO₂:O₂＝2:1(v/v)的二氧化碳/氧氣混合氣。

本發(fā)明的主要優(yōu)點包括：

(a)本發(fā)明首次提供了一種溶液相的碳酸鋰分解催化體系，在該體系中，催化劑對碳酸鋰分解起到良好的催化作用。

(b)本發(fā)明的獨特的催化劑采用具有兩個或以上氧化還原中心(過渡金屬離子)，且這些氧化還原中心之間通過共軛π鍵相聯(lián)接的可溶性氧化還原介體作為催化劑。這種催化劑可以溶解于電解液，在碳酸鹽和電極材料之間自由擴散，因此，在電池充電過程中，即使有大量碳酸鹽積累，催化劑也仍然能始終保持與電極材料之間的良好接觸。

(c)在本發(fā)明的獨特的催化劑中，氧化還原中心(過渡金屬離子)之間以共軛π鍵相聯(lián)接，因此，在同一電位上，相比單一氧化還原中心的單核可溶性氧 化還原介體，這種雙核或多核氧化還原介體能提供更多的氧化還原電荷數(shù)，因此對多電子氧化還原反應(yīng)具有更高的催化能力，從而能有效清除鋰空氣電池正極產(chǎn)生的碳酸鋰，提高電池循環(huán)性能。

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說明，否則百分比和份數(shù)是質(zhì)量百分比和質(zhì)量份數(shù)。

縮寫：

biCoPc：雙核酞菁鈷(II),結(jié)構(gòu)式為圖1中的I-d。

在下列實施例中，所有材料均為市售原料，如雙核酞菁鈷(biCoPc)等雙核或多核酞菁過渡金屬配位化合物購自上海笛柏化學(xué)品技術(shù)有限公司。

實施例1

電解液No.1和鋰空氣電池No.1

分散催化劑的方法如下：將0.005mol/L雙核酞菁鈷(biCoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。作為對比，將0.005mol/L單核酞菁鈷(CoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。同時，配制不含催化劑的1mol/L LiTFSI/TEGDME電解液。

制備鋰-碳酸鋰電池的方法如下：將0.15g經(jīng)過球磨的Li₂CO₃與0.15g Ketjen Black EC600JD高導(dǎo)電炭黑(KB)加入5mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加入0.026g聚酰亞胺(PI)作為粘結(jié)劑，磁力攪拌2h后獲得電極材料漿料，將漿料均勻涂敷到泡沫鎳表面，隨后將涂有漿料的泡沫鎳移入烘箱，在80℃下烘干后移入真空烘箱，在120℃下真空干燥12h，用切片機切為直徑14mm的圓片作為鋰空氣電池正極極片，控制KB負載量為1±0.2mg/cm²。將正極極片鋪到預(yù)先鉆孔(作為氧氣通道)的CR2032電池不銹鋼正極殼上，在正極極片上放置Whatman GF/D玻璃纖維隔膜，滴加140μL含有或不含催化劑的電解液，使其充分浸潤隔膜，在隔膜上方放置0.2mm厚度的金屬鋰片作為負極，在金屬鋰片上方放置不銹鋼負極殼，最后使用壓片機壓合電池，制得扣式鋰-碳酸鋰電池。

使用新威電池測試系統(tǒng)測試所得的扣式鋰-碳酸鋰電池的充電曲線，充電電流密度均為0.15mA，充電截止至不同電位(如圖2所示)，測試氣氛為N₂:O₂＝78:22(v/v)的模擬干燥空氣。

對充電完成后的電池極片進行X射線衍射測試，沒有使用催化劑的電池充電至4.55V(vs.Li⁺/Li)，正極極片仍有可見的Li₂CO₃殘留，而使用biCoPc催化劑的電池充電至4.35V，Li₂CO₃已完全分解，表明biCoPc催化劑能有效降低Li₂CO₃分解的電位。

實施例2

電解液No.2和鋰空氣電池No.2

分散催化劑的方法如下：將0.005mol/L雙核酞菁鈷(biCoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。作為對比，將0.005mol/L單核酞菁鈷(CoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。同時，配制不含催化劑的1mol/L LiTFSI/TEGDME電解液。

制備鋰-碳酸鋰電池的方法如下：將1.30～1.50mg同位素標記的Li₂¹³CO₃與Ketjen Black EC600JD高導(dǎo)電炭黑(KB)按質(zhì)量比1:1加入1mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，加入5mg聚酰亞胺(PI)作為粘結(jié)劑，超聲分散2h后獲得電極材料漿料，將漿料均勻涂敷到泡沫鎳表面，隨后將涂有漿料的泡沫鎳移入烘箱，在80℃下烘干后移入真空烘箱，在120℃下真空干燥12h，用切片機切為直徑14mm的圓片作為鋰空氣電池正極極片，控制KB負載量為0.5±0.2mg/cm²。將正極極片鋪到預(yù)先鉆孔(作為氧氣通道)的CR2032電池不銹鋼正極殼上，在正極極片上放置Whatman GF/D玻璃纖維隔膜，滴加140μL含有或不含催化劑的電解液，使其充分浸潤隔膜，在隔膜上方放置0.2mm厚度的金屬鋰片作為負極，在金屬鋰片上方放置不銹鋼負極殼，最后使用壓片機壓合電池，制得扣式鋰-碳酸鋰電池。

使用原位差分電化學(xué)質(zhì)譜儀對所得的鋰-碳酸鋰電池進行恒電流充電，電流密度25mA/gcarbon，充電截止電位4.55V(vs.Li⁺/Li)，同時收集氣態(tài)產(chǎn)物進行質(zhì)譜分析。

結(jié)果表明，添加了biCoPc的鋰-碳酸鋰電池起始充電電位降至4.15V，Li₂¹³CO₃分解生成的¹³CO₂與加入的Li₂¹³CO₃摩爾比提高到58.13％。比對比例1中的鋰空氣電池的摩爾比高出6倍。

對比例1

電解液No.C1和鋰空氣電池No.C1

將實施例2中的雙核酞菁鈷(biCoPc)替換為單核酞菁鈷(CoPc)，其他條件不變。

添加了CoPc的鋰-碳酸鋰電池相比未添加催化劑的鋰-碳酸鋰電池，起始充電電位由4.25V降至4.07V，Li₂¹³CO₃分解生成的¹³CO₂與加入的Li₂¹³CO₃摩爾比由0.94％提高到9.89％。

實施例3

電解液No.3和鋰空氣電池No.3

分散催化劑的方法如下：將0.005mol/L biCoPc和1mol/L LiClO₄溶解于DMSO，配制成電解液。同時，配制不含催化劑的1mol/L LiClO₄/DMSO電解液。

制備鋰-二氧化碳/氧氣電池的方法如下：取KB 0.15g,加入0.45mL 6wt％聚四氟乙烯(PTFE)乳液作為粘結(jié)劑，以及5mL去離子水作為分散劑，磁力攪拌2h后獲得電極材料漿料，將漿料均勻涂敷到泡沫鎳表面，隨后將涂有漿料的泡沫鎳移入烘箱，在80℃下烘干后移入真空烘箱，在120℃下真空干燥12h，用切片機切為直徑14mm的圓片作為鋰空氣電池正極極片，控制KB負載量為1±0.2mg/cm²。將正極極片鋪到預(yù)先鉆孔(作為氧氣通道)的CR2032電池不銹鋼正極殼上，在正極極片上放置Whatman GF/D玻璃纖維隔膜，滴加140μL含有或不含催化劑的電解液，使其充分浸潤隔膜，在隔膜上方放置0.2mm厚度的金屬鋰片作為負極，在金屬鋰片上方放置不銹鋼負極殼，最后使用壓片機壓合電池，制得扣式鋰-二氧化碳/氧氣電池。

使用新威電池測試系統(tǒng)測試所得的扣式鋰-二氧化碳/氧氣電池的充放電曲線，充放電電流密度均為0.15mA，測試氣氛為CO₂:O₂＝2:1(v/v)的混合氣。

相比沒有使用催化劑的電池，使用biCoPc催化劑的電池放電電壓提高0.3V，而充電電壓降低0.5V，如圖3所示。

實施例4

電解液No.4和鋰空氣電池No.4

將實施例3中的biCoPc替換為六核磺化酞菁鐵(購自上海笛柏化學(xué)品技術(shù)有限公司)，其他條件不變。相比沒有使用催化劑的電池，使用biCoPc催化劑 的電池放電電壓提高0.2V，而充電電壓降低0.4V，循環(huán)壽命由4周提高至21周。

實施例5

電解液No.5和鋰空氣電池No.5

分散催化劑的方法如下：將0.005mol/L雙核酞菁鈷(biCoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。作為對比，將0.005mol/L單核酞菁鈷(CoPc)和1mol/L LiTFSI溶解于四乙二醇二甲醚(TEGDME)，配制成電解液。同時，配制不含催化劑的1mol/L LiTFSI/TEGDME電解液。

制備鋰空氣電池的方法如下：取KB 0.15g,加入0.45mL 6wt％聚四氟乙烯(PTFE)乳液作為粘結(jié)劑，以及5mL去離子水作為分散劑，磁力攪拌2h后獲得電極材料漿料，將漿料均勻涂敷到泡沫鎳表面，隨后將涂有漿料的泡沫鎳移入烘箱，在80℃下烘干后移入真空烘箱，在120℃下真空干燥12h，用切片機切為直徑14mm的圓片作為鋰空氣電池正極極片，控制KB負載量為1±0.2mg/cm²。將正極極片鋪到預(yù)先鉆孔(作為氧氣通道)的CR2032電池不銹鋼正極殼上，在正極極片上放置Whatman GF/D玻璃纖維隔膜，滴加140μL含有biCoPc的電解液，使其充分浸潤隔膜，在隔膜上方放置0.2mm厚度的金屬鋰片作為負極，在金屬鋰片上方放置不銹鋼負極殼，最后使用壓片機壓合電池，制得扣式鋰空氣電池。

使用新威電池測試系統(tǒng)測試所得的扣式鋰空氣電池的充放電曲線，充放電電流密度均為0.15mA，測試氣氛為N₂:O₂＝78:22(v/v)的模擬干燥空氣。含有biCoPc的電池充放電循環(huán)壽命為47周，相比不含催化劑的21周和含有CoPc催化劑的30周明顯提高，如圖4所示。

在本發(fā)明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。