[發明專利]一種納米棒狀硫化鋅碳布電極、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810130166.3
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108365197A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 舒朝著;陳建中;龍劍平;候志前;胡安俊
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M12/08;B82Y30/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 陳蔣玲

本發明公開了一種納米棒狀硫化鋅碳布電極的制備方法，包括以下步驟：(1)、碳布預處理：將經清洗烘干后的碳布置于濃硝酸中，攪拌一段時間后，洗滌備用，其中濃硝酸中溶有適當的乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅；(2)、電極制備：將乙酸鋅和硫代乙酰胺溶于去離子水中置于反應容器中，將碳布也放置其中進行反應，反應結束冷卻后將碳布取出，清洗烘干得硫化鋅碳布電極材料。本發明制備得到的電極材料應用時能夠降低電池的充放電過電勢，提升電池的放電容量，增強循環穩定性和倍率性能解決的問題。

技術領域

本發明涉及電極制備領域，具體涉及一種納米棒狀硫化鋅碳布電極、制備方法及其應用。

背景技術

傳統的二次電池受限于能量密度不高，難以滿足電動汽車的需要。鋰空氣電池具有與傳統化石能源相當的能量密度，在電動汽車飛速發展的今天具有巨大的應用前景。鋰空氣電池憑借著超高的理論能量密度，其概念一經提出便受到了科研界的廣泛關注，被認為是最具應用前景的新一代二次電池。鋰空氣電池的反應機制是Li₂O₂的生成和分解，活性物質為空氣中的氧氣，取之不盡用之不竭，因此具有環境友好、成本低廉的優勢。由于電池反應是空氣中的氧氣與金屬鋰直接參與，其理論能量密度可達3600Wh/kg，封裝后在實際應用時其能量密度有望能接近化石燃料燃燒所提供的能量密度，高達600Wh/kg左右。鋰空氣電池是由正極材料、金屬鋰負極、電解液構成，電池的電極反應發生的主要場所在電池的正極，因此正極材料對電池的性能有著很大的影響。目前鋰空氣電池存在的多種問題，比如電池的充放電過電勢高，放電容量低，循環穩定性差等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米棒狀硫化鋅碳布電極的制備方法，該方法制備得到的電極材料應用時能夠降低電池的充放電過電勢，提升電池的放電容量，增強循環穩定性和倍率性能解決的問題。

本發明通過下述技術方案實現：

一種納米棒狀硫化鋅碳布電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)、碳布預處理：將經清洗烘干后的碳布置于濃硝酸中，攪拌一段時間后，洗滌備用，其中濃硝酸中溶有適當的乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅；

(2)、電極制備：將乙酸鋅和硫代乙酰胺溶于去離子水中置于反應容器中，將碳布也放置其中進行反應，反應結束冷卻后將碳布取出，清洗烘干得硫化鋅碳布電極材料。

每120ml濃硝酸溶解5～8g乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅。

乙酸鋅和硫代乙酰胺的摩爾比為1:1～1.5。

電極制備過程中，反應溫度為180℃。

電極制備過程中，反應時間為5～6小時。

經清洗烘干后的碳布處理具體為將碳布依次用去離子水和無水乙醇進行超聲波清洗，清洗后真空烘干備用。

碳布預處理的攪拌為80℃磁力攪拌6～8小時。

如前所述的制備方法得到的納米棒狀硫化鋅碳布電極。

如前所述的納米棒狀硫化鋅碳布電極在鋰空氣電池的應用。

本發明的發明點在于：將碳布預處理的置于濃硝酸過程中加入了乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅，能夠輔助水熱自生長，為硫化鋅分布在碳布上提供條件。制備過程中，硫化鋅碳布電極采用自生長的方式，而免于使用粘接劑。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

本發明將納米棒狀硫化鋅材料生長在碳布纖維表面，形成納米棒陣列，這種陣列能增大電極材料的比表面積，為放電產物提供更多的存儲空間，增大電池的放電容量，為電極反應提供大量的活性位點，降低電池的充放電過電勢，提高能量效率，相比傳統電極結構，硫化鋅碳布電極采用自生長的方式，能在未使用粘接劑的前提下，提升電池的循環穩定性。