[发明专利]一种针刺状柔性空气电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种针刺状柔性空气电极材料的制备方法，将乙酸镍、乙酸钴和硫代乙酰胺加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有针刺状CoNi₂S₄/CP。本发明通过在碳布(CP)上生长的针刺状CoNi₂S₄的无粘结剂阴极来制造柔性阴极，避免使用聚合物粘结剂导致的副产物生成。

技术领域

本发明涉及电极领域，具体涉及一种针刺状柔性空气电极材料及其制备方法。

背景技术

由于其轻便，可弯曲，坚固，便携带，可卷曲和可折叠等特殊优势，全球对柔性电子器件的需求持续快速增长。为了实现消费产品到汽车，航空航天和医疗行业等行业的进一步应用，灵活的能量储存与转换设备被认为是关键的必需组件之一。然而，目前的传统电源无法集成到柔性设备中，并且这些电源的低理论能量密度本质上限制了它们在下一代柔性器件中的应用。幸运的是，可充电的锂-氧(Li-O₂)电池由于其理论能量密度极高(约3600Wh/kg)，成为最有希望的电化学储能技术之一。尽管开发灵活的Li-O₂电池理论上满足了对高能量密度的柔性电池的迫切需求，但该技术尚处于起步阶段，必须先克服众多科技挑战。首先，碳阴极的腐蚀及其促进电解质的分解导致碳阴极钝化和电池过早死亡。其次，金属泡沫和碳纸等高导电性集电器是不灵活的。因此，迫切需要设计和制造机械稳定的，电化学稳定的和高效的组件，并且创建优异的柔性电池构造和结构设计。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种针刺状柔性空气电极材料及其制备方法。本发明通过在碳布(CP)上生长的针刺状CoNi₂S₄的无粘结剂阴极来制造柔性阴极，避免使用聚合物粘结剂导致的副产物生成。

本发明通过下述技术方案实现：

一种针刺状柔性空气电极材料的制备方法，将乙酸镍、乙酸钴和硫代乙酰胺加入到去离子水中搅拌形成均匀混合溶液，再将混合溶液和碳布进行水热反应，反应结束后冷却至室温后取出产物，获得生长有针刺状CoNi₂S₄/CP。

水热反应的温度为200～220摄氏度。

水热反应的时间为6～6.5h。

乙酸镍、乙酸钴和硫代乙酰胺的摩尔比为2:1:3～6。

乙酸镍、乙酸钴和硫代乙酰胺的摩尔比为2:1:6。

搅拌时间为30～45min。

碳布的清理为依次用乙醇和去离子水超声清洗30～45min。

如前述的制备方法得到的针刺状柔性空气电极材料。

本发明是用针刺状CoNi₂S₄的无粘结剂阴极来制造柔性阴极，避免使用聚合物粘结剂导致的副产物生成，实现更稳定和可逆的Li-O₂电池，该电极还具有优异的机械强度和优异的循环稳定性。

本发明制得的电极材料的电化学性能：1)首次充放电性能：具有CoNi₂S₄/CP阴极的Li-O₂电池在200mA/g的电流密度下，提供～8000mAh/g的高放电容量。2)倍率性能：具有CoNi₂S₄/CP阴极的Li-O₂电池分别在不同电流密度下测试其倍率性能，当电流密度恢复到初始电流密度时，截止电压几乎没有衰减，表明具有良好的倍率性和可恢复性。3)循环性能：具有CoNi₂S₄/CP阴极的Li-O₂电池在200mA/g的电流密度下稳定且可逆循环50次，并且无明显的电压变化，循环性能良好。