[發(fā)明專利]一種鐵鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710730628.0
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107591542A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 池永慶;王相君;崔雷杰;李鵬;呂亞臻
• 申請（專利權(quán)）人: 太原科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/08;B82Y30/00
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司)14105
• 代理人: 程園園

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池正極材料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對能源的需求量不斷增加，煤、石油、天然氣的不斷枯竭與環(huán)境的不斷惡化，人們對新能源的研究和開發(fā)不斷加大。鋰空氣電池因其超高的理論比能量(11140Wh·kg^-1)和金屬鋰?yán)硐氲睦碚摫热萘?3860mAh·g^-1)備受研究人員的關(guān)注。而鋰空氣電池的發(fā)展仍然面臨著許多困難。如：電極結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定、電解液的不穩(wěn)定、電池的可逆性效率低、以及電池的能量轉(zhuǎn)化率低、反應(yīng)動力學(xué)低等。鑒于此，尋找對鋰空氣電池中的氧還原(ORR)和氧析出(OER)反應(yīng)都有良好催化效果的雙功能催化劑顯得十分關(guān)鍵。

鐵鈷納米復(fù)合物(CoFe₂O₄)是一種尖晶石型結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，已經(jīng)被證實(shí)其具有很好的氧還原和氧析出催化性能、而且資源豐富、成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前報(bào)道將納米CoFe₂O₄復(fù)合物作為鋰空氣電池正極材料催化劑的制備方法有：水熱-原位復(fù)合法、熱分解-液相自組裝法、水熱法、溶劑熱法等。這些制備方法基本都選擇將納米CoFe₂O₄和石墨烯、碳納米管、碳黑(XC-72)等碳材料進(jìn)行復(fù)合。雖然這些方法都可以將納米CoFe₂O₄很好的生長在納米碳材料，但是制備的納米材料不經(jīng)過焙燒，幾種方法得到的CoFe₂O₄晶格結(jié)構(gòu)無序、易團(tuán)聚，無序化的晶格結(jié)構(gòu)會在充放電過程中發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，易堵塞碳材料的空氣通道，這些都嚴(yán)重的影響其鋰空氣電池的電化學(xué)性能；溶膠-模板法制備的CoFe₂O₄納米材料雖然可以很均勻的將納米線或棒狀的CoFe₂O₄分布到模板上，提高CoFe₂O₄的各項(xiàng)性能，但是其制備過程、模板的選擇和制備較為復(fù)雜，不利于納米CoFe₂O₄在鋰空氣電池中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料的制備方法由于存在納米CoFe₂O₄在充放電過程中容易出現(xiàn)因晶型結(jié)構(gòu)的無序造成的團(tuán)聚現(xiàn)象從而影響鋰空氣電池的性能的技術(shù)問題，提供一種鐵鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種鐵鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將九水合硝酸鐵水溶液和六水合硝酸鈷水溶液混合攪拌，并滴加氨水，得到凝膠狀懸浮液；(2)將上述凝膠狀懸浮液轉(zhuǎn)移到耐酸堿的水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，得到沉淀物；(3)將沉淀物反復(fù)洗滌至中性，并進(jìn)行干燥；(4)將干燥后的沉淀物煅燒，得到CoFe₂O₄納米材料；(5)把科琴黑、CoFe₂O₄納米材料、粘結(jié)劑充分研磨即制得鐵鈷納米復(fù)合物基鋰空氣電池正極材料。

所述步驟(1)中九水合硝酸鐵水溶液的濃度為1mol/L，確保了納米CoFe₂O₄中鐵元素的用量。

所述步驟(1)中六水合硝酸鈷水溶液的濃度為0.5mol/L，確保了納米CoFe₂O₄中鈷元素的用量。

所述步驟(1)中濃度為1mol/L的九水合硝酸鐵水溶液與濃度為0.5mol/L的六水合硝酸鈷水溶液的體積比為1:1，確保了納米確保制備出來的納米CoFe₂O₄中。

所述步驟(1)中氨水的用量為濃度為1mol/L的九水合硝酸鐵水溶液和濃度為0.5mol/L的六水合硝酸鈷水溶液總量的1/100-1000，從而確保了反應(yīng)過程平穩(wěn)，得到氫氧化物共沉淀前驅(qū)體。

所述步驟(2)中耐酸堿的水熱反應(yīng)釜為襯有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜，避免了反應(yīng)過程中對反應(yīng)器等器皿的腐蝕。

所述步驟(2)中在水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的溫度為140-200℃，反應(yīng)時(shí)間為10-20小時(shí)，優(yōu)選180℃，可以提高鐵鈷氧體的晶化過程，15小時(shí)可以使反應(yīng)充分進(jìn)行、避免浪費(fèi)。