[发明专利]一种锂氧气电池正极材料及其制备方法与锂氧气电池

说明书

本发明公开一种锂氧气电池正极材料及其制备方法与锂氧气电池。本发明首先采用简单的水热法，以一定比例的甘油和异丙醇作为溶剂，在一定的温度下Co³⁺与甘油结合形成甘油醇盐，经过经过高温煅烧得到中空结构的Co₃O₄，最后利用强还原剂NaBH₄处理得到含有氧空位的Co₃O₄。与现有相比，本发明具有以下优点：一、中空结构的材料可以为锂氧气电池充放电过程沉积和分解放电产物提供充足空间；二、层状结构的Co₃O₄可以增加材料的导电性，降低电池阻抗；三、增加氧空位可以增加材料的催化性能，促进ORR和OER反应速率；四、制备过程简单、安全、高效。

技术领域

本发明涉及氧空位催化剂技术领域，尤其涉及一种锂氧气电池正极材料及其制备方法与锂氧气电池。

背景技术

随着社会的持续发展和科技的进步，电子产品及电动设备在日常生活中得到了广泛地应用，而这些应用与便携式电池技术的快速发展是密不可分的。如何制备出更稳定、更高容量、更廉价并且对环境更友好的可替代新能源始终是科学工作者研究的方向。

数据统计，在目前的能源结构中，传统的化石能源约占到全球能源的 34 %，由此排放出的CO₂约占全球总排放量的40 %，这严重破环了生态环境和美丽家园，为了能够缓解甚至解决这种能源和环境危机，加速电动汽车产业的发展成为不可避免的趋势。

锂氧气电池由于其高理论性而受到越来越多的关注，使用氧气作为反应物的能量密度。然而，由于高充放电过电位，低倍率性能和较差的循环性稳定性，这些系统的应用受到严重限制。据报道，非水锂氧气电池主要包括氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）。Co₃O₄具有较强ORR和OER催化活性，而且作为过渡金属氧化物，廉价易得。同时多孔催化阴极材料是提高循环性能的关键，它可以提供大孔体积和比表面积，以沉积放电产物。因此，本发明将Co₃O₄制备成中空结构并且制造氧空位改善材料的电化学性能及催化性能。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂氧气电池正极材料及其制备方法与锂氧气电池，旨在解决现有锂氧气电池正极材料严重影响电池的充放电效率和循环寿命的问题。

本发明的技术方案如下：

一种锂氧气电池正极材料的制备方法，其中，包括步骤：

（1）取甘油和异丙醇混合，并搅拌；

（2）取Co(NO₃)₂·6H₂O于步骤（1）所得的混合溶液中，搅拌后转移到反应釜中，在160-180℃下反应6-12h；

（3）待反应结束后冷却至室温，然后依次进行抽滤分离、水洗、醇洗及干燥，得到甘油醇前驱体；

（4）将甘油醇前驱体研成粉末于马弗炉中350-650℃煅烧2-4h，制得中空结构Co₃O₄；

（5）取中空结构Co₃O₄加入硼氢化钠溶液中，搅拌后过滤，清洗，得到含氧空位的中空结构Co₃O₄。

所述的锂氧气电池正极材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述甘油和异丙醇的体积比为1:4。

所述的锂氧气电池正极材料的制备方法，其中，步骤（2）中，在180℃下反应12h。