[发明专利]一种活性炭支撑富N酞菁锰纳米复合材料及其原位固相制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种活性炭支撑富N酞菁锰纳米复合材料及其原位固相制备方法和应用，属于Li/SOCl₂电池正极催化材料制备技术领域。利用原位固相合成的方法，制备活性炭支撑富N酞菁锰纳米复合材料，并应用于Li/SOCl₂电池正极催化材料。该方法具有操作简单、周期短、能耗低、重复性好，产率高等特点。经该方法制得的活性炭支撑富N酞菁锰纳米复合材料，通过Mn‑O配位键和氢键构成结构稳定，尺寸均匀，分散性好的复合纳米材料。作为Li/SOCl₂电池正极催化材料时，在放电电流密度为40mA/cm^‑2下，放电容量高达21.67mAh，比不加入催化剂的电池放电容量增加了大约10.29mAh。同时，在放电过程中提高了放电时间和电压平台，能够作为一种Li/SOCl₂电池很好的正极催化材料。

技术领域

本发明属于Li/SOCl₂电池正极催化材料制备技术领域，具体涉及一种活性炭支撑富N酞菁锰纳米复合材料及其原位固相制备方法和应用。

背景技术

锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)电池是一种一次性锂电池。其理论能量密度高达590W h/kg、贮存寿命长达10年以上和工作温度范围40℃～150℃，并且具有耐挤压抗震动等优点，一直在民用和军用领域有着广泛的使用。[郭永胜,葛红花,吴一平,et al.Li/SOCl₂电池研究及应用进展[J].化学通报,2009(1):35-42.]然而，电池在工作中会出现实际输出容量小于理论容量的现象。为了解决这种问题，最高效的方法是在正极中加入催化剂，提高电池内部化学反应动力学，加快SOCl₂的还原速度，促使提高电池的实际输出容量。

目前，广泛研究的Li/SOCl₂电池正极催化材料是金属酞菁配合物及衍生物。金属酞菁配合物在结构上呈现封闭连续的18π电子共轭体系,是良好的电子给体，其具有优异的催化活性。富N酞菁是酞菁外围的四个苯环的一个碳被氮取代(苯环变成吡啶环)而形成，其也同样具有18π电子共轭体系和强烈的芳香性，而且由于周边四个吡啶环也参加了共轭，所以其共轭体系较酞菁大。富N金属酞菁是良好的电子给体和电子受体。[Liao M S,ScheinerS.Electronic structure and bonding in metal phthalocyanines,Metal＝Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mg[J].The Journal of Chemical Physics,2001,114(22):9780-9791.]将金属酞菁(M＝Mn²⁺,Fe²⁺,Co²⁺,Ni²⁺和Cu²⁺)作为Li/SOCl₂电池的正极催化剂时，其电池放电容量相比不加催化剂的电池提高了0～61％，主要是由于中心金属离子起活性作用。富N金属酞菁(M＝Mn²⁺,Fe²⁺,Co²⁺,Ni²⁺和Cu²⁺)同样做电池的正极催化剂时，其放电容量相比加入金属酞菁提高了大约60％，主要是由于富N金属酞菁的吡啶N有催化活性的作用。[Xu Z,Zhang G,CaoZ,et al.Effect of N atoms in the backbone of metal phthalocyanine derivativeson their catalytic activity to lithium battery[J].Journal of MolecularCatalysis A Chemical,2010,318(1-2):101-105.]

然而，富N金属酞菁类化合物作为电池催化剂时，分散性和导电性并不好。因此，如何有效解决富N金属酞菁类化合物作为电池正极催化剂时表现出的较差的分散性和导电性，如今仍是业内亟待解决的热点和难点。

发明内容