[發明專利]一種用于鋰離子空氣電池的Co3O4?Si?C?聚苯胺負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710269828.0
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107134580A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 王海燕
• 申請（專利權）人: 東莞市佳乾新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/90;H01M4/96
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域

本發明屬于鋰離子空氣負極材料技術領域，具體涉及一種用于鋰離子空氣電池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺負極材料的制備方法。

背景技術

隨著世界人口數量的迅速增長和化學染料的大量消耗，能源短缺和環境污染狀況日益嚴重，人類的生存受到了極大的威脅，尋求可替代新能源技術，目前已經開發的新型可再生能源包括風能、太陽能和潮汐能等，這些能源儲存量巨大且環境友好，具有廣闊的發展前景，但是這些能源具有難控制的隨機性和可變性，因此開發出高效、清潔的儲能技術將這些能源利用，將有望解決環境污染和能源危機問題。

鋰離子電池與其他電池相比，局域高電壓、高比能量、高充放電速率、低自放電率、良好的充放電壽命、小環境污染等優點。鋰離子空氣電池以輕質金屬鋰為陽極，以空氣中的氧氣為陰極活性物質，具有類似染料電池的半開放式結構，氧氣來源廣泛，密度低，能量密度高，因此鋰離子空氣電池具有研究價值，鋰離子空氣電池主要集中在電解質和陰極催化劑，其中空氣陰極在沒有催化劑時，氧還原和析出反應的動力學十分緩慢，中間產物的活化能較高，電極的計劃程度較大，因而充放電電勢較大。

目前，鋰離子空氣電池陰極催化劑主要有碳催化劑、金屬氧化物/碳催化劑、貴金屬/碳催化劑、貴金屬/金屬氧化物/碳催化劑等。CO₃O₄是具有應用前景的鋰空氣電池雙功能催化劑，對氧氣的還原反應和析氧反應具有較好的催化作用，既可以減小極化、降低電池的充電電壓，又可以提高電池的放電平臺。中國專利CN 103094559B公開的一種CO₃O₄/C鋰離子電池負極材料及其制備方法，是利用硝酸鈷和葡萄糖反應，高溫處理得到表面包覆薄碳層的CO₃O₄多孔納米球，該材料制備方法簡單，材料的可逆容量高、循環穩定性好、充放電倍率性能好。中國專利CN 102903534B公開的CO₃O₄-Au-MnO₂三維分級異質納米片陣列超級電容器材料的制備方法，將泡沫鎳、DMSO和CO(NO₃)₂作為原料，利用電化學沉積技術制備得到前驅體CO₃O₄納米片陣列，然后利用等離子體濺射技術在表面蒸鍍Au，再利用電化學技術在表面沉積MnO₂，制備得到復合材料，該材料為三維分級異質結構，電化學性能優異。

硅材料的吸引力源可達4200mAh/g的理論容量，自然資源豐富和低工作電壓，但是硅在鋰離子嵌入/脫出過程中會伴隨著巨大的體積膨脹，產生的巨大的應力會引起硅的脫離，因此如何將硅材料添加到CO₃O₄復合材料中，顯得十分必要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種用于鋰離子空氣電池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺負極材料的制備方法，將Co₃O₄的納米線結構陣列的表面分別附著硅材料和碳材料，再與聚苯胺研磨形成復合電極材料。本發明制備的復合電極材料比表面積高，比容量高，制備方法更加高效。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種用于鋰離子空氣電池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將泡沫鎳在濃硝酸中浸泡5min，形成導電集流體；

(2)將步驟(1)制備的導電集流體轉移至裝有硝酸鈷、尿素和氟化銨的混合水溶液的反應釜內，加熱至120℃下反應1-5h，冷卻至室溫，產品洗滌干燥后經高溫煅燒制得Co₃O₄的納米線結構陣列；

(3)將可溶性硅源溶解于含有0.25M的SiCl₄的季銨鹽離子液體體系中，將步驟(2)制備的Co₃O₄的納米線結構陣列作為陰極，以惰性電極為陽極，在50℃下進行恒壓電沉積，將電沉積產物經過丙酮清洗分離出離子液體得到含硅層的Co₃O₄材料；