[發明專利]一種礦物結構晶體在鋰空氣電池正極催化材料中的應用

在審

• 申請號: 202210546486.3
• 申請日: 2022-05-19
• 公開（公告）號: CN114899434A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 黨鋒;邱陽;周慧敏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發明屬于鋰空氣電池技術領域，涉及鋰空氣電池正極，具體涉及一種礦物結構晶體在鋰空氣電池正極催化材料中的應用，所述礦物結構晶體為類石榴石結構納米材料或黑鎢礦結構納米材料，所述類石榴石結構納米材料為具有類石榴石結構的鉬酸鹽或鎢酸鹽，所述黑鎢礦結構納米材料為具有黑鎢礦結構的鉬酸鹽或鎢酸鹽。本發明將礦物結構晶體作為在鋰空氣電池正極催化材料，具有簡單易制、成本低廉、高催化活性、高電能效率和高循環壽命等優勢，同時還能夠在空氣氛圍中穩定運行。

技術領域

本發明屬于鋰空氣電池技術領域，涉及鋰空氣電池正極，具體涉及一種礦物結構晶體在鋰空氣電池正極催化材料中的應用。

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成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

鋰-空氣電池可以提供幾乎是最先進的鋰離子電池3～4倍的理論比能量。與大多數必須同時包含正極和負極的其他電池不同，非水鋰空氣電池的正極活性材料(氧)不存儲在電池中。相反，氧來自空氣環境，并通過空氣負極中的催化位置還原。但是同樣面臨著催化劑催化活性有限導致的電能效率低，電解液不穩定導致的壽命短，以及使用金屬鋰作為陽極帶來的安全問題。

據發明人研究了解，到目前為止，這類系統主要限于純氧環境(鋰氧電池)或壓力容器，或者通過利用設計鋰陽極保護、氧選擇膜、電解液替代方案等方式在空氣環境中運行，但是這些解決方案大多有成本高、結構復雜、工藝繁瑣和條件單一等問題。此外，在空氣環境中由于涉及正極、負極和電解液的副反應，循環壽命有限。在存在氮、二氧化碳和水蒸氣的情況下，這些副反應可能變得更加復雜。此外，由于需要儲存氧氣，鋰-氧系統的體積能量密度可能太小，不適合實際應用。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供一種礦物結構晶體在鋰空氣電池正極催化材料中的應用，本發明將礦物結構晶體作為在鋰空氣電池正極催化材料，具有簡單易制、成本低廉、高催化活性、高電能效率和高循環壽命等優勢，同時還能夠在空氣氛圍中穩定運行。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一方面，一種礦物結構晶體在鋰空氣電池正極催化材料和/或鋰氧氣正極催化材料中的應用，所述礦物結構晶體為類石榴石結構納米材料或黑鎢礦結構納米材料，所述類石榴石結構納米材料為具有類石榴石結構的鉬酸鹽或鎢酸鹽(例如Fe₂(MoO₄)₃、Cr₂(MoO₄)₃、Al₂(MoO₄)₃、Cr₂(WO₄)₃、Ga₂(WO₄)₃、In₂(WO₄)₃等)，所述黑鎢礦結構納米材料為具有黑鎢礦結構的鉬酸鹽或鎢酸鹽(CoMoO₄、CaWO₄或NiMoO₄等)。

上述礦物結構晶體為納米量級，具有較大的比表面積和高電導率，研究表明，上述納米級礦物結構晶體在空氣氣氛中表現出良好的循環性能，且該材料在無水的空氣氣氛中能夠大大提升循環性能。同時原料廉價易得，制備方法簡便，產率高。

同時，礦物結構晶體的制備方法影響其微觀結構，從而影響其催化性能，為了進一步提高催化性能，進一步地，所述礦物結構晶體的制備方法包括如下步驟：

將聚乙烯吡咯烷酮溶解并添加乙酸，獲得混合溶液；

將制備礦物結構晶體的原料溶解后添加至所述混合溶液中，反應獲得前驅體溶液；

將前驅體溶液進行靜電紡絲獲得納米纖維；

在空氣氣氛中，將納米纖維煅燒，即得。