[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用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110987823.8
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113725453B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設計）人: 羅紹華;戰(zhàn)洋;張琳;王慶;張亞輝;閆繩學;馮建;李鵬偉;劉忻
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/08;C01B32/05;C01G53/00
• 代理公司: 無錫睿升知識產權代理事務所(普通合伙) 32376
• 代理人: 姬穎敏

本發(fā)明提供了一種雙碳層包覆氮摻雜多硫化物，屬于新能源儲能材料領域，其晶體形狀為立方體，分子式為Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC，在雙碳層包覆下，雙金屬硫化物Fe_4.005Ni_4.995S₈的形狀為結構完好的圓形顆粒。本發(fā)明制備得到的Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC電化學性能良好、雙碳包覆效果顯著、結晶性良好并且本征反應活性高；應用于鋰空氣電池之中擁有較強的循環(huán)及倍率性能，且制備方法為一步煅燒，適合大規(guī)模生產。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源儲能材料領域，尤其是涉及一種Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC正極催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰-空氣電池為下一代能源存儲與轉換裝置的開發(fā)提供了一套全新的解決方案，該系統(tǒng)理論能量密度高(～3500Wh kg^-1)，不僅僅是傳統(tǒng)使用的鋰離子電池能量密度的10倍，甚至可以和汽油相媲美。然而，受制于系統(tǒng)內部諸多副反應的影響，嚴重地阻礙了電池的循環(huán)壽命、反應動力學、以及循環(huán)效率。所以，近年來廣大研究人員致力于設計一種高效的正極催化劑，以便降低體系過電位，抑制副反應發(fā)生。

開發(fā)合理的正極催化劑可以有效降低ORR以及OER過程的反應活化能，從而降低充放電的過電勢，緩解電極的極化。其中，金屬-有機框架材料(MOFs)的發(fā)現(xiàn)與合成，以其為模板從而制備出的材料有著一般方法制備出的材料有著無可比擬的優(yōu)點，例如材料擁有更多的活性位點，更高的比表面積，更合適的元素含量等。這種以金屬-有機框架為模板制備新材料的技術有希望盡早實現(xiàn)鋰-空氣電池的商業(yè)化。

然而，目前所開發(fā)的絕大多數鋰-空氣電池的儲能性能依然難以滿足人們的需求，比如循環(huán)壽命低下、過電勢較大、單線氧的親核攻擊等問題。

例如，對比文獻1(Metal-organic framework-derived cobalt nanoparticlespace confined in nitrogen-doped carbon polyhedra networks as high-performance bifunctional electrocatalyst for rechargeable Li–O₂ batteries，Shun-zhi Yu等，Journal of Power Sources 453(2020)227899)中所述的Co@NC正極材料沒有采取任何可以提高材料本征電導率的方法，并且，對比文獻1中的材料沒有核殼結構的保護難以抵御反應中超氧自由基的攻擊，使得循環(huán)壽命快速衰減。

又如，在對比文獻2(Nitrogen-Coordinated CoS2@NC Yolk-Shell PolyhedronsCatalysts Derived from a Metal-Organic Framework for a Highly Reversible Li-O₂Battery，Yang Zhan等，ACS Appl.Mater.Interfaces 2021,13,17658-17667)中，雖然進行了硫化處理，提高了材料本征反應活性，但由于其不規(guī)則的形貌無法良好的抵御在OER/ORR過程中所受到的外部機械應力使得其形貌不能良好保持。

綜上所述，為了進一步提高鋰空氣電池的循環(huán)穩(wěn)定性以及容量，研究鋰空氣電池的正極催化材料具有重要意義。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N雙碳層包覆氮摻雜多硫化物的制備方法及應用。本發(fā)明制備得到的Fe_4.005Ni_4.995S₈@NDC電化學性能良好、雙碳包覆效果顯著、結晶性良好并且本征反應活性高；應用于鋰空氣電池之中擁有較強的循環(huán)及倍率性能，且制備方法為一步煅燒，適合大規(guī)模生產。