[发明专利]掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法和锂空气电池

说明书

本发明公开了一种掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法和锂空气电池。所述掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法包括以下步骤：在泡沫镍集流体表面生长镍钴络合物；对生长有所述镍钴络合物的所述泡沫镍集流体进行清洗处理和干燥处理；将经干燥处理后的所述泡沫镍集流体进行煅烧处理。本发明制备方法能够在泡沫镍表面原位生长Co掺杂NiO催化剂。因此，制备的掺杂氧化镍锂空气电池正极具有高的ORR和OER催化活性；而且有效改善了所述泡沫镍集流体孔径结构，优化锂空气电池的放电容量、充放电过电势以及循环性能。另外，本发明制备方法条件易控，制备的掺杂氧化镍锂空气电池正极性能稳定，而且效率高。

技术领域

本发明属于电化学能源领域，具体涉及一种掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法和锂空气电池。

背景技术

随着工业化生产和科技高速发展，人类对于能源的需求越来越大，能源在人们生活中扮演着日趋重要的角色。能源和环境是二十一世纪最重要的两大问题，全球对能源的需求在快速以及持续的增加。能源的短缺将成为一个日趋严峻的问题。现今，新型高能电池的研究热潮席卷全球，近几年，全球的锂离子电池的总产量飞速增长其中，动力电池占比巨大。就中国市场而言，新能源汽车销量剧增。

虽然新能源汽车的市场如此火热，但是生产的电动汽车单次充电行驶距离始终无法达到燃油汽车的行驶里程，即便使用的锂离子电池达到其理论能量密度，也难以满足未来电池储能的发展需求。因此，则迫切需要研发一种具有更高比能量的新型高能电池。

锂空气电池技术作为后锂离子时代的一种新型电池技术。近年来，锂空气电池因为具有超高理论比能量、环境友好、制备成本低廉等优点，被认为是最具潜力的下一代高能量密度的储能系统。锂空气电池具有传统的锂离子电池的一些特点，其正极材料通常采用多孔型气体扩散层空气电极，负极材料采用金属锂，电解液采用以Li⁺作为导电离子的液态电解质体系。不同于传统锂离子电池，锂空气电池可以实现可逆的充放电过程，由于活性物质为氧气，可直接来源于空气，不需要存储于电池体系中，可大大降低电池的总质量，从而锂空气电池可以实现极高的比能量密度，是目前所有可充电电池体系中理论能力密度最高的。但由于放电产物的不可溶性和绝缘性导致其不可逆分解和分解不完全，电解液的不稳定，空气电极的降解，锂枝晶的产生，充放电过电势高、放电容量小、循环效率低等都影响其实际应用，最终导致较差的可逆性和循环稳定性。

在空气正极中，碳材料因其比表面积高、来源丰富、电导率高等优点，既可作为催化剂的载体,本身又具有一定的催化活性，但碳材料充电到3.5V以上就会分解，并与放电产物Li₂O₂反应形成Li₂CO₃，而不可逆分解产物Li₂CO₃会钝化空气正极，增加电池阻抗和充电过电势。与碳材料相比，非碳材料的材料成本低且易形成自支撑型的三维多孔有序结构，不仅可以避免碳材料的氧化分解问题，还可增加电极与电解液、放电产物Li₂O₂的接触面积，为电池内部的氧还原反应和氧析出反应提供更多的催化活性位点。

目前一般采用金属基底代替传统的碳基基底，并采用过渡金属氧化物作为催化剂结合得到一种非碳的锂空气正极。目前采用的金属基底主要是泡沫镍、泡沫铜、镍网、铜网等，由于其高导电性和多孔结构及稳定的性质被广泛运用于锂空气电池的基底。过渡金属氧化物因其价格低廉易得，并且有较好的催化活性广泛应用于锂空气电池正极催化剂中。然后在实际应用中发现，现有的过渡金属氧化物虽然具有良好的催化性和一定的导电性，但是催化活性和导电性有限，而且反应的活化能较高，从而导致当前锂空气电池的稳定性及循环性能不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法，以解决现有锂空气电池非碳正极的催化活性和导电性有限的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种锂空气电池，以解决现有锂空气电池存在稳定性及循环性能不理想的技术问题。