[發明專利]一種三維有序介孔MnOy

在審

• 申請號: 202010161031.0
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111326747A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 程一辰;岳秦池;張昊;董世清;秦周陽;汪浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種三維有序介孔MnO_y鋰空氣電池正極材料催化劑的制備，屬于鋰空氣電池正極材料催化劑技術領域。包括以下步驟：KIT?6硬模板的合成，以KIT6為硬模板制備meso?MnO_y，將meso?MnO_y，導電炭黑，PVDF按質量比15:30:8溶于NMP形成漿料，攪拌12h后涂覆于泡沫鎳上，真空干燥12h形成空氣電極。本發明有利于反應的進行，催化效果更明顯。

技術領域

本發明涉及一種三維有序介孔MnO_y(meso-MnO_y)鋰空氣電池正極材料催化劑的制備方法，屬于鋰空氣電池正極材料催化劑技術領域。

技術背景

隨著環保的觀念逐漸深入人心，用電池來代替傳統的化石燃料作為能源成為了新的潮流。目前電子產品和新能源汽車普遍使用的是鋰離子電池，而這類電池存在著理論儲能上限。為了能進一步提高電池的儲能能力，人們急需一種鋰離子電池的替代品，而鋰空氣電池則是可供選擇的一個方向。鋰空氣電池的概念大約產生于上世紀70年代，它的原理簡言之就是將鋰和空氣中氧氣反應后產生的能量直接轉化為電能。鋰空氣電池能讓能量的儲存更加高效，其理論能量密度可達到5200Wh·kg^-1，考慮到反應所用到的氧氣儲存在電池外的空氣中，其能量密度更是可以提升至11140Wh·kg^-1，因此鋰空氣電池能更好的適應未來社會發展的趨勢。若能最終應用于生產，包括新能源汽車等領域甚至航空航天，將會創造出極大的社會價值和極高的社會財富。

鋰空氣電池主要由金屬鋰負極、正極材料和電解液組成。在工作時，通過空氣中的氧氣氧化負極的鋰獲得電能。由于鋰本身較輕，氧化劑又遍布于空氣中，因此鋰空氣電池的比能量較高。但由于該電極反應本身較為困難，因此需要在正極加入適當的催化劑，促進反應進行。

發明內容

針對目前鋰空氣電池正極材料催化劑催化效率低，不利于投入實際生產的問題，本發明提供一種三維有序介孔MnO_y(meso-MnO_y)鋰空氣電池正極材料催化劑的制備方法，這種方法制備成本低，可操作性強，制備出的產物可作為鋰空氣電池的催化劑使用。采用以下幾個步驟：

1)KIT-6硬模板的合成

采用Kleitz等報道的方法，具體操作步驟如下:

將6g P123，9.83mL的濃鹽酸，7.41mL的正丁醇依次加入到227mL水中，每次加入后需要50℃水浴攪拌一段時間；然后將水浴調節至35℃，加入13.8mL 的正硅酸乙酯并攪拌24h；將混合液置于馬弗爐中于100℃恒溫24h；抽濾產物，并用水和乙醇多次洗滌，在60℃烘干，置于馬弗爐中以1℃/min的速率升溫至 550℃并保溫4h，即可得到三維有序排列的硅球模板。

2)meso-MnO_y的制備

以KIT6為硬模板，以硝酸錳為錳源，釆用納米澆鑄法制備三維有序介孔 MnO_y(meso-MnO_y)。具體制備步驟如下:將1.0g Mn(NO₃)₂.4H₂O溶于10mL乙醇中，加入0.5g KIT-6，將上述混合液在65℃攪拌，直至液體蒸干，再將混合物轉移至坩堝中，再置于馬弗爐中以1℃/min的速率升至400℃并在該溫度下焙燒 4h，所得固體粉末用熱的NaOH水溶液洗滌和過濾2次，然后用去離子水和乙醇洗滌2次，在60℃烘箱中烘干24h，制備出meso-MnO_y載體。

3)鋰空氣電池的制備