[发明专利]锂空气电池阴极用尖晶石结构硫化物催化剂材料及其制备方法

权利要求书

1.一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，该催化剂材料的分子通式为AB₂S₄，其中A为金属或非金属阳离子，B为金属或非金属阳离子，S为硫离子，A和B的化学价之和等于+8价，所述材料为尖晶石结构的硫化物；其特征在于，所述的催化剂材料用作锂空气电池的阴极；

锂空气电池放电比容量达到6613mAh·g^-1，放电电压平台为2.60V，充电电压平台为4.35V。

2.根据权利要求1所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的A和B包括Fe、Cu、Ni、Mn、Co、Zn、Cr、Mo、V、Ti、In的阳离子。

3.根据权利要求1所述的尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的催化剂材料采用固相法、喷雾热解法、溶剂热法、液相合成法或电沉积法制得。

4.根据权利要求3所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的固相法包括以下步骤：按照化学计量比称取A源、B源及硫源，充分研磨混合后在惰性气体的气氛中加热至300-1300℃，保温1-100h，最后充分研磨得到最终产物；

其中A源、B源包括A和B的单质、硫化物、氧化物、无机盐、金属有机化合物；硫源包括A和B的硫化物、硫脲、硫代乙酰胺、硫粉或H₂S；惰性气体包括氩气或氮气。

5.根据权利要求3所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的喷雾热解法包括以下步骤：按照化学计量比称取A源、B源及硫源，将其充分溶解于溶剂中，然后利用超声雾化器在恒定频率下将前驱体溶液雾化，得到气溶胶液滴，并利用惰性气体作为载气将气溶胶液滴送入热解反应器中完成溶剂蒸发和化学反应过程，然后收集反应后的产物得到催化剂；

其中，A源、B源包括A和B的硫化物、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐或氯化物等；溶剂包括去离子水或有机溶剂；硫源包括于A和B的硫化物、硫脲、硫代乙酰胺或硫粉；惰性气体包括氩气或氮气；超声雾化器的频率范围为0.5-5MHz；热解反应器的温度范围为200-600℃。

6.根据权利要求3所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的溶剂热法包括以下步骤：按照化学计量比称取A源、B源及硫源，将其均匀分散于溶剂中，随后将所得混合溶液置于高压釜中加热至80-300℃保温5-100h，经分离、洗涤、干燥得到最终产物；

其中，A源、B源包括A和B的硫化物、硝酸盐、硫酸盐、氯化物、羧酸盐或金属有机化合物；溶剂包括去离子水或有机溶剂；硫源包括A和B的硫化物、硫脲、硫代乙酰胺或硫粉。

7.根据权利要求3所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的液相合成法包括以下步骤：按照化学计量比称取A源、B源，将其均匀分散于溶剂中，引入硫源，将混合溶液加热至50-300℃，并保温5-100h，之后经分离、洗涤、干燥得到最终产物；

其中，A源、B源包括A和B的硫化物、硝酸盐、硫酸盐、氯化物、羧酸盐或金属有机化合物；硫源包括A和B的硫化物、硫脲、硫代乙酰胺或硫粉；溶剂包括去离子水、油酸或油胺。

8.根据权利要求3所述的一种尖晶石结构硫化物催化剂材料在锂空气电池上的应用，其特征在于，所述的电沉积法包括以下步骤：按照化学计量比称取A源、B源及硫源，将其充分溶解于溶剂中，然后在恒定的电位或恒定的电流下在导电基底上进行电镀，对所得产物清洗、干燥后得到催化剂；

其中，A源、B源包括A和B的硫化物、氯化物或硝酸盐；硫源包括硫单质、硫脲或硫代乙酰胺；溶剂包括去离子水或有机溶剂；导电基底包括泡沫镍或ITO导电玻璃；电镀的电压范围为0.2-3V，电流范围为0.5μA-1A，时间范围为10s-10h。