[發明專利]一種鋰二氧化碳電池正極材料及其應用

有效

• 申請號: 202010409413.0
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN111584894B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 劉棟;高志
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M4/88;H01M8/0668
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種鋰二氧化碳電池正極材料及其應用。該鋰二氧化碳電池正極材料包括氨基化氧化石墨烯；所述氨基化氧化石墨烯通過將氧化石墨烯、氨基化試劑和水混合，經水熱反應制得。本發明還提供了鋰二氧化碳電池正極材料在制備鋰二氧化碳電池正極中的應用。本發明提供的鋰二氧化碳電池正極材料中的氨基化氧化石墨烯制備方法簡單，解決高容量電池充放電勢差大，循環性能差等問題。

技術領域

本發明涉及鋰二氧化碳電池領域。更具體地，涉及一種鋰二氧化碳電池正極材料及其應用。

背景技術

鋰二氧化碳電池，因其較高的工作電壓和比能量、快速充放電和較高的安全性能，吸收利用溫室氣體二氧化碳等，被作為一種有科研意義和發展迅速的常用儲能設備，在一些富二氧化碳場所中(如火星，尾氣口等)有著十分廣泛的應用。如何提高材料的催化性能，降低電池極化過電勢及提高電池循環性能，是一個亟待解決的重要問題。

對于鋰二氧化碳電池來說，電池負極一般采用金屬鋰片，電池材料的研究主要專注于電池正極材料的制備，而電池正極材料的催化性能強弱直接影響到電池的充放性能和循環性能。高催化活性材料應用降低電池充放電勢差和提高電池循環性能的重要手段。從最開始的使用科琴黑作為可充放電的鋰二氧化碳電池正極材料起，電池只能在低電流密度30mAg-1下進行7次的可逆充放循環，電池的比容量密度只能達到1032mAhg-1。在此基礎上，現有技術提供了一系列高催化活性的電池正極材料應用到鋰二氧化碳電池中。例如，導電炭黑、石墨烯、碳納米管和雜原子雜化石墨烯等碳材料，和金屬氧化物或氮化物如氧化鎳、碳化鉬、氧化釕等與碳材料結合的復合型材料。然而，現有技術至少存在如下問題：純碳材料如石墨烯和多壁碳納米管等材料雖然具有高導電性能，但其具有對二氧化碳催化活性位點少和制備需要使用管式爐等高溫設備等缺點；使用復合材料時常常需要用到貴金屬材料，如釕鉑等，雖然其催化活性有提高，但是貴金屬的使用導致成本提升將會限制其使用。

因此，本發明提供了一種鋰二氧化碳電池正極材料及其應用，至少解決上述之一的問題。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種鋰二氧化碳電池正極材料。

本發明的另一個目的在于提供一種鋰二氧化碳電池正極材料的應用。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

第一方面，本發明提供一種鋰二氧化碳電池正極材料，包括氨基化氧化石墨烯；所述氨基化氧化石墨烯通過將氧化石墨烯、氨基化試劑和水混合，經水熱反應制得。

優選地，所述氧化石墨烯、氨基化試劑和水的質量體積比為80～120毫克：20～40毫升：5～20毫升。

優選地，所述氧化石墨烯、氨基化試劑和水的質量體積比為100毫克：30毫升：10毫升。

優選地，所述氨基化試劑為氨水或水合肼溶液。

優選地，所述氨基化試劑的質量濃度為20～30wt％，更優選為25wt％。

優選地，所述氧化石墨烯為經冷凍干燥的氧化石墨烯。應當理解的是，所述氧化石墨烯的制備方法可以采用常規方法，例如修改的Hummer法，也可采用其他方法，在此不做贅述。

優選地，所述水熱反應的條件為：升溫至130～150℃并恒溫保持8～12小時進行水熱反應；更優選地，升溫至140℃并恒溫保持10小時進行水熱反應。

優選地，所述氨基化氧化石墨烯的制備方法包括如下步驟：將氧化石墨烯、氨基化試劑和水混合進行水熱反應，將水熱反應的產物進行洗滌和烘干，制得氨基化氧化石墨烯。

優選地，所述洗滌的方法為使用去離子水和乙醇離心清洗至少6次。

優選地，所述烘干的溫度為60～80℃，更優選為70℃。