[發明專利]一種銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料及其制備方法和作為鋰亞硫酰氯電池正極催化劑的應用

在審

• 申請號: 202110256506.9
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113019455A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 許占位;李康;朱建鋒;嚴皓;王盈;張姿緯
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J37/08;B01J37/34;H01M4/62;H01M6/16;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料及其制備方法和作為鋰亞硫酰氯電池正極催化劑的應用，該方法利用原位固相法，先合成出銅摻雜的富氮酞菁鈷塊體，然后使用濃硫酸溶解銅摻雜的富氮酞菁鈷塊體，在超聲環境中，讓其快速成核，合成出銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料。本發明具有操作簡單、周期短、能耗低、重復性好，產率高等特點。經本發明采用原位固相法制備的銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料，作為Li/SOCl₂的正極催化劑時，使得電池的放電時間長，長達38分鐘(電流密度為40mA/cm²)，電壓平臺高和實際輸出比能量大，能夠作為一種Li/SOCl₂電池很好的正極催化材料。

技術領域

本發明屬于Li/SOCl₂電池正極催化材料制備技術領域，具體涉及一種原位固 相法制備Li/SOCl₂電池正極催化材料銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料的制備方法和 應用。

背景技術

鋰亞硫酰氯電池是一種一次無機非水電解質電池，其具有穩定的電壓平臺， 寬泛的使用溫度，長時間的儲存壽命以及不含重金屬元素。[Y.O.Ko,C.T.Lee, Effects of thestructural characteristics of carbon cathode on the initial voltage delay inLi/SOCl₂ battery,J.Ind.Eng.Chem.18(2012)726-730.]目前商業化應用分為容 量和功率兩種類型電池。容量型電池主要應用在各種智能表，存儲器，后備電源， 遠程監控系統以及新興的共享單車。功率型電池主要應用在航空、航天、航海電 子、水陸空兵器。[B.M.Li,Z.Z.Yuan,Y.Xu,J.C.Liu,Co-N-macrocyclic modified graphene with excellentelectrocatalytic activity for lithium-thionyl chloride batteries,Electrochim.Acta 217(2016)73-79.]根據公式P＝UI＝U²/R，電池在恒定電阻下(即 同種設備)，提高電壓平臺有利于提高電池輸出功率。目前提高電池電壓平臺的 方式基本有三種，第一種是在正極碳上添加碳酸氫銨等膨化劑，提高正極碳的中 孔率。第二種是在電解質中加入PVC粉末，Li₂B₁₀Cl₁₀和MnO₂等提高鈍化膜的 導電性。第三種是在電解質中加入催化劑，如碳納米管，石墨烯，吡啶以及金屬 酞菁，提高SOCl₂的還原速率。然而，在電解質中加入催化劑會堵塞碳正極的孔 隙，影響電池的持續放電。一種改善的方法是將催化劑直接固定在多孔碳內部， 選擇一種合適的催化材料變得至關重要。

金屬酞菁及其衍生物在結構上呈現封閉連續的18π電子共軛體系，是良好的 電子給體，其具有優異的催化活性。金屬酞菁作為鋰亞硫酰氯電池正極催化材料 時，對于電池的放電時間和電壓平臺都有顯著的提高。N摻雜酞菁與酞菁的結構 相似，同樣具有18π電子共軛體系和強烈的芳香性，也是良好的電子給體和電子 受體。塊狀的N摻雜金屬酞菁(M＝Mn²⁺,Ni²⁺,Fe²⁺,Co²⁺)加入電解液中作為鋰亞 硫酰氯電池正極催化劑時，其實際比能量提高大約60％～120％。[K.Li,Z.W.Xu, X.T.Shen,K.Yao,J.S.Zhao,R.L.Zhang,J.Zhang,L.Wang,and J.F.Zhu.Cobalt tetrapyridinoporphyrazine nanoparticulates anchoredon carbon nanotubes for long-voltage Li/SOCl₂ batteries Electrochim.Acta,2019,295,569-576.]。

目前為止，銅摻雜富氮酞菁鈷納米材料從未報道過，其作為鋰亞硫酰氯正極 催化劑時對電池放電電壓具有顯著的提高。

發明內容