[發明專利]一種酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl2

在審

• 申請號: 202110070249.X
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112871217A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 許占位;嚴皓;李康;王盈;李嘉胤;張姿緯;沈學濤;黃劍鋒
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J35/00;B01J37/00
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

本發明公開了一種酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl₂電池正極催化材料及其制備方法，采用瀝青焦活性炭作為模板，活性炭通過豐富的表面官能團與酞菁鐵、酞菁銅結合，誘導酞菁顆粒納米化，增大表觀暴露面積，提高分散性使更多的活性位點充分暴露，有利于表面配位催化反應的發生；酞菁銅的摻雜誘導主催化材料酞菁鐵發生晶格扭曲，顆粒進一步縮小，使催化材料有更大的比表面積，進一步提高催化活性。制備方法綠色環保，具有過程安全、操作簡單、產物分散性好、產率高、制備周期短、成本低等特點。

技術領域

本發明屬于電池正極催化材料技術領域，具體涉及一種酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl₂電池正極催化材料及其制備方法。

背景技術

鋰-亞硫酰氯(Li/SOCl₂)電池擁有高理論能量密度(590Wh/kg)，高開路電壓(3.65V)，寬工作溫度范圍(-40～140℃)和長保質期(10年以上)。廣泛用于供電領域的石油開采、海洋勘探、和軍事武器。這種電池使用維護極其方便、適應性強、外形及容量可以自由設計，這種電池可以在苛刻的環境中正常發揮作用。

碳正極作為正極活性物質SOCl₂進行還原反應的載體，其結構會影響反應速率，最終決定電池的性能。鋰亞硫酰氯電池工作的原理是，負極鋰被氧化失去電子，鋰離子進入電解液，電子轉移到碳正極，與碳電極內部的SOCl₂分子獲得電子而還原。反應過程中會生成不溶性固體LiCl和S，逐漸覆蓋、堵塞碳電極的表面和內孔，SOCl₂難以擴散，使電子難以穿透，限制了SOCl₂還原，使電池內阻增大，電池反應提前結束，因此該電池實際工作電壓及容量遠小于理論值。

研究表明合適的正極催化材料是提高Li/SOCl₂電池性能的一種有效方式。金屬酞菁化合物是共軛大分子，它獨特的平面結構和優良的電子性能，使得金屬酞菁化合物在催化化學、電化學等領域有重要作用。研究表明在Li/SOCl₂電池的碳正極中加入過渡金屬的酞菁配合物，能阻礙電極表面LiCl鈍化層的生成，使之變得疏松，降低電池的內阻，促進SOCl₂的還原，有效提高電池的工作電壓和輸出能量。然而酞菁配合物為共軛大分子平面化合物，分子間由于π-π共軛等強的作用力容易聚集成塊狀，不利于活性位點的暴露，降低了催化活性。且目前，制備酞菁配合物催化材料的方法主要有溶劑熱法和固相法。反應過程通常需要有機溶劑和高溫高壓的條件，反應過程具有一定的危險性，過程不易控制，容易造成環境污染，產物的重復性和均一性較差。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl₂電池正極催化材料及其制備方法，制備方法過程安全、操作簡單、制備周期短、過程易控制，產物分散性好，產率高，制備的產物具有較高的催化活性。

為了實現以上目的，本發明提供了一種酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl₂電池正極催化材料的制備方法，包括以下步驟：

1)取0.1～2.0g的鄰苯二甲酸酐和0.02～0.2g的瀝青焦活性炭混合均勻；

2)取0.1～2.0g的尿素、0.01～0.5g的鉬酸銨、0.1～2.0g的六水合硫酸亞鐵銨和0.01～1.0g的二水合氯化銅分別加入到步驟1)的混合物中充分研磨混合均勻；

3)將研磨好的原料在100～180℃溫度下保溫0.5～1.5h，再在200～350℃溫度下保溫1～5h，降至室溫后取出，得到粗產物；

4)將粗產物研磨后浸洗，再抽濾后烘干，即得到酞菁鐵/酞菁銅/瀝青焦活性炭Li/SOCl₂電池正極催化材料。

優選地，所述步驟1)中瀝青焦活性炭的比表面積為500～2500m²/g。