[發(fā)明專利]一種雙碳層包覆氮摻雜多硫化物的制備方法及應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113725453B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅紹華;戰(zhàn)洋;張琳;王慶;張亞輝;閆繩學(xué);馮建;李鵬偉;劉忻
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)秦皇島分校
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/08;C01B32/05;C01G53/00
• 代理公司: 無錫睿升知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32376
• 代理人: 姬穎敏

1.一種用于鋰空氣電池的正極催化劑，所述催化劑為雙碳層包覆的多硫化物，所述碳層為氮摻雜的碳層，其特征在于，所述正極催化劑的分子式為Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC，所述雙碳層包覆的多硫化物的晶體形狀為立方體，在雙碳層包覆下，雙金屬硫化物Fe_4.005Ni_4.995S₈的形狀為結(jié)構(gòu)完好的圓形顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極催化劑，其特征在于，所述Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC制備方法如下：

(1)使用共沉淀法合成Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體粉末；

(2)將上述前驅(qū)體粉末加入到體系為堿性的三羥甲基氨基甲烷中充分混合，隨后加入多巴胺鹽酸鹽，繼續(xù)攪拌使得碳包覆完成，抽濾收集Ni-Fe PBA@PDA產(chǎn)物，稱為碳包覆的Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體；

(3)將上述碳包覆的Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體作為金屬源，取硫粉作為硫源，將二者充分混合后，在氬氣或氮氣混合還原氣氛下進(jìn)行煅燒，使得材料硫化且二次碳包覆，得到所述Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC正極催化劑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極催化劑，其特征在于，步驟(1)的制備方法具體為：

將六水氯化鎳3-8mmol以及檸檬酸鈉二水合物4.5-12mmol溶于150-250mL去離子水中，得到溶液A；

隨后，將含有2-6mmol的K₃Fe(CN)₆的150-250mL的水溶液緩慢滴入至溶液A中，并劇烈攪拌3-10分鐘；

在室溫下陳化20-48小時后，離心收集Ni-Fe雙金屬普魯士藍(lán)類似物立方體，用去離子水和乙醇洗滌3次，最后在60-80℃的烘箱中保持20-30小時，得到Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體粉末。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極催化劑，其特征在于，步驟(2)的制備方法具體為：

取用0.1-0.2g的Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體粉末，通過超聲0.5-2小時，使其均勻溶解于pH為8-9的300-500ml的三羥甲基氨基甲烷溶液中；

在攪拌和超聲30-60分鐘后，加入40-120mg的多巴胺鹽酸鹽，并繼續(xù)攪拌4-8小時后抽濾收集Ni-Fe PBA@PDA產(chǎn)物。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的正極催化劑，其特征在于，步驟(3)的制備方法具體為：

所述碳包覆的Ni-Fe PBA普魯士藍(lán)類似物前驅(qū)體用量為2g-3g，所述硫粉用量為8g-12g，將二者充分混合后放置于密閉的瓷舟之中，然后轉(zhuǎn)移至管式爐中，在氬氣或氮氣以及還原氣體H₂的保護(hù)下進(jìn)行煅燒；煅燒的升溫速率為1-10℃/min，煅燒的停留溫度為350-450℃，保溫時間1-2h；

在煅燒前，需要預(yù)先向管式爐中通入氬氣或氮氣以及氫氣0.5-1.5h，初步使管式爐中處于氬氣或氮氣及還原氣體的環(huán)境下，其中氫氣的比例為3-10wt％。

6.權(quán)利要求1～5任一項所述的正極催化劑的應(yīng)用，其特征在于，用于制備鋰空氣電池的正極材料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述正極材料的制備方法為：

將所述Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC負(fù)載于碳紙之上，負(fù)載量為0.5-0.8mg/cm²；所述正極材料制備過程中選用的導(dǎo)電劑為乙炔黑，所述Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC與導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為1:1-1:2，同時加入適量粘結(jié)劑。