[發(fā)明專利]一種高性能球花狀磷摻雜氧化鎳鋰二氧化碳電池正極催化材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113745530B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉峣;龍宇欣;王俊;趙蘭玲;韓雪;周兆睿;李德元;夏青;張一鳴
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 鄭平

本發(fā)明屬于電化學和新能源領域，涉及一種高性能球花狀磷摻雜氧化鎳鋰二氧化碳電池正極催化材料及其制備方法。本發(fā)明制備材料為大小均一的磷摻雜氧化鎳球花，球花的平均直徑約為6微米，具有較大的比表面積(約235m²g^?1)，可用于鋰二氧化碳電池的正極催化材料，可以得到很高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時制備方法簡便，僅通過簡單水熱反應和后續(xù)熱處理即可獲得，極具工業(yè)化生產(chǎn)價值和實際應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學和新能源領域，具體涉及一種球花狀磷摻雜氧化鎳鋰二氧化碳電池正極催化材料制備方法，以及用該方法制備電極材料在鋰二氧化碳電池正極材料中的應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經(jīng)成為本領域一般技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

全球變暖已經(jīng)成為威脅人類生存的一個嚴重問題，二氧化碳作為占比量第二的溫室氣體，排放量高居不下，而傳統(tǒng)的二氧化碳捕捉(燃燒后捕捉、燃燒前捕捉和氧氣燃燒)與封存，會導致一氧化碳，甲烷，乙烯等產(chǎn)物生成，儲存和轉化這些產(chǎn)物會進一步的導致能量消耗和環(huán)境污染。鋰二氧化碳電池由于相對高的放電電位(～2.8V)和理論比容量密度(1876Wh kg^-1)在二氧化碳固定和能量儲存領域都有著很好的前景。然而其中間產(chǎn)物碳酸鋰十分穩(wěn)定，在低壓下難以分解，會使鋰二氧化碳電池的反應動力學滯后，導致鋰二氧化碳電池在充電過程中具有過高的過電位和低庫倫效率。為了提高電池性能，研發(fā)高效鋰二氧化碳電池的正極催化材料十分必要。

研究人員為了尋找高性能催化材料做了很多努力，其中貴金屬和碳基材料被廣泛研究，但貴金屬材料價格高，碳基材料不能有效分解碳酸鋰，因而在大規(guī)模應用上受到了限制。過渡金屬氧化物如氧化鈷、氧化錳、氧化鎳和氧化鉬等因其較好的催化性能，價格低廉吸引了研究者的注意。其中氧化鎳被報道過可以在低電位下有效分解碳酸鋰，但是由于導電性差，限制了氧化鎳催化鋰二氧化碳電池中二氧化碳的轉化。

目前已經(jīng)有研究表明氧化鎳材料應用于鋰二氧化碳正極催化劑能夠顯著的提高鋰二氧化碳電池的循環(huán)及倍率性能。如有研究人員用水熱法和吸附法合成了氮、硫、鈷共摻雜的石墨氧化鎳復合納米顆粒，將其作為鋰二氧化碳電池的正極催化材料，在電流密度為100mA g^-1時，放電容量可達到13400mAh g^-1；在電流密度為100mA g^-1，截止比容量為500mAhg^-1時，電池的循環(huán)壽命可達到50圈。有研究通過缺陷工程進行表面改性，在長在碳紙上的氧化鎳引入氧空位，這種電極在截止電壓2.3-4.5V的測試條件下可以穩(wěn)定循環(huán)58圈。

盡管目前關于氧化鎳材料應用于鋰二氧化碳電池正極催化材料已經(jīng)有了一些進展，但目前報道的相關制備方法都有些復雜涉及碳負載以及多原子摻雜等，不利于大規(guī)模應用。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術的不足之處，本發(fā)明提供了一種高性能的球花狀磷摻雜氧化鎳鋰二氧化碳電池正極催化材料及其制備方法，該材料制備方法簡單，形貌特殊，比表面積大，表現(xiàn)出很好的容量性能和循環(huán)性能。同時原料易得價廉且制備方法簡單，僅通過水熱反應和后續(xù)熱處理即可獲得，為鋰二氧化碳電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和實際應用提供了有效助益。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

本發(fā)明的第一個方面，提供了一種高性能球花狀磷摻雜氧化鎳鋰二氧化碳電池正極催化材料的制備方法，包括：

將鎳鹽、尿素溶解與醇溶液中，進行水熱反應，得到固相前驅體；

將所述固相前驅體進行煅燒，得到氧化鎳球花材料；

將所述氧化鎳球花材料進行磷化處理，得到球花狀磷摻雜氧化鎳材料。