[发明专利]一种三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提出一种三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料制备方法及其应用，以邻苯二甲酸酐、六水合氯化钴、果渣碳和尿素为原料，钼酸铵为催化剂，在玻璃研钵中研磨均匀后放进马弗炉中固相烧结得到三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料，比表面积高，丰富的三维孔道结构和表面羧基化官能团能够增加离子活化表面积，加快电子传输；以三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料用于制备电池正极片，可以降低界面接触电阻，最终有效提高锂亚硫酰氯电池的电化学性；该方法具有制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制、合成周期短、组成成分均匀等优点。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂电池分为锂原电池和锂二次电池。锂原电池也称锂一次电池，可以连续放电，也可以间歇放电，一旦电能耗尽便不能再用，它与传统的化学电源相比，在功率密度、能量密度、比容量等方面具有很大的优势；其中锂亚硫酰氯电池是目前锂原电池实际应用中比能量最高的电池之一，因其具有放电电压高且放电曲线平稳，开路电压3.65V，高比能量、高比功率等优点在数码、家电、微电子、通讯、医疗产品等要求化学电源输出能量高的场合获得了广泛应用；然而该电池在贮存期间，负极的锂会自发与SOCl2反应生成LiCl钝化膜，该膜可以阻隔正负极直接接触，防止反应的进一步进行，起到隔绝保护作用，但在放电时，随着时间的增加，LiCl钝化膜的厚度逐渐增加，变得很致密，导致Li+难以通过，电池内阻增加，限制电池继续放电，针对此问题，研究者开始从SOCl2的还原反应场所、碳正极材料着手解决，重点集中在向其中加入合适的高效催化剂以提高锂亚硫酰氯电池电化学性能。

过渡金属酞菁配合物及衍生物具有共轭结构，同时兼有给电子和受电子的特性，而SOCl₂具有亲电性，所以，过渡金属酞菁配合物及衍生物是锂亚硫酰氯电池的一类优良的催化剂，我们课题组已经证明在锂亚硫酰氯电池正极嵌入金属酞菁MPc后，通过改变电极表面LiCl膜的致密度来改变内阻，提高输出电压；也有一些研究者通过微波方法合成酞菁衍生物MPcOc加入到电解质中大大缩短了反应时间，容量增加19.34-55.64％。基于循环伏安法测量，提出了电极表面和反应机理的功能。

过渡金属酞菁配合物及衍生物材料呈块状结构，不利于电子和电解液的有效渗透，其次因其导电性不好等问题，导致材料的催化性能有限，碳材料自身是一种催化材料，也可以作为载体，引入碳材料既可以作为载体支撑过渡金属酞菁配合物及衍生物，又能提高催化材料的电子传导能力，目前多采用碳纳米管或石墨烯支撑过渡金属酞菁配合物及衍生物，诱导生成纳米级催化剂，充分暴露活性位点的同时提高催化材料的电子传导能力，但是实验发现碳纳米管或石墨烯可能与锂亚硫酰氯电池的碳正极材料乙炔黑的结构不匹配，会产生堵孔、缠绕等现象，从而对电池产生不利影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料的制备方法及其应用，能够有效提高电池反应速率，生成稀疏的LiCl膜，降低电池的内阻，改善和提高电池的平均放电电压和电池容量，具有生产成本低、方法简单易控等优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种三维多孔果渣碳支撑酞菁钴锂亚硫酰氯电池催化材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：三维多孔果渣碳的制备

(1)取0.5g～1.5g果渣和0.01g～0.1g氢氧化钾，将其分别加入到聚四氟乙烯内釜中，然后加入50ml～80ml的去离子水，混合均匀后，安装水热外釜；

(2)将水热外釜放到鼓风干燥烘箱中，在120℃～200℃下保温10小时～24小时，得到预制体A；