[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

说明书

本发明涉及一种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，该材料的分子通式为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。其制备方法包括固相法、喷雾热解法、溶剂热法、液相合成法及电沉积法等。与现有技术相比，本发明尖晶石结构硫化物对锂空气电池的充电过程(氧还原反应)及放电过程(析氧反应)均具有优异的催化特性，具体表现在可提高电池的比容量、能量转换效率、倍率性能及循环性能等方面。

技术领域

本发明属于锂空气电池领域，具体涉及一种阴极用尖晶石结构硫化物催化剂材料及其制备方法。

背景技术

锂空气电池是当今能源系统中可与汽油相媲美的一类具有极高理论能量密度(11400Wh·kg^-1)的储能体系，其正极采用多孔扩散电极，正极的活性物质氧气不需要存储在电池中，而是直接吸收空气中的氧气，其负极活性物质为金属锂。其基本的工作原理为：放电过程中，负极的金属锂失去电子变成锂离子进入电解液，氧气从电池外的空气中扩散到多孔电极内，与从电解液传递过来的锂离子和从外电路传递过来的电子相结合生成过氧化锂；充电过程中，过氧化锂分解为金属锂和氧气。除了超高的理论能量密度这个特点之外，锂空气电池还具有低成本、清洁环保、可循环使用等优点，因而将来极有可能取代锂离子电池成为更高效的能量存储与转换器件，近年来受到了广泛的关注。

但是，目前锂空气电池仍面临着能量转换效率低、倍率性能差、能量密度低、循环寿命短等问题。究其原因，锂空气电池阴极(氧电极)上缓慢的氧还原反应(ORR，放电过程)和析氧反应(OER，充电过程)发挥着重要的作用。因此，需要在正极使用对ORR和OER都具有催化作用的双功能催化剂来改善锂空气电池的综合性能。目前常用的锂空气电池阴极催化剂材料主要包括碳材料、贵金属、过渡金属及其氧化物等。然而，碳材料在电池工作过程中易降解失活并生成副产物；虽然贵金属类催化剂的催化效果较好，但其昂贵的成本和有限的资源极大地限制了实际应用；过渡金属及其氧化物的催化活性和稳定性仍无法满足锂空气电池的实际需要。因此，为了推动锂空气电池的发展和应用，亟待开发低成本、高效率的锂空气电池氧电极催化剂，以改善电池的综合性能。