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掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法和锂空气电池技术

技术编号:21897164 阅读:39 留言:0更新日期:2019-08-17 16:38
本发明专利技术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。本发明专利技术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,本发明专利技术制备方法条件易控,制备的掺杂氧化镍锂空气电池正极性能稳定,而且效率高。

The positive electrode of doped nickel-lithium oxide air battery, its preparation method and lithium-air battery

【技术实现步骤摘要】
掺杂氧化镍锂空气电池正极及其制备方法和锂空气电池
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。为了实现上述专利技术目的,本专利技术的一方面,提供了一种掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法。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。本专利技术的另一方面,提供了一种锂空气电池非碳正极。所述锂空气电池非碳正极是本专利技术掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法制备得到。本专利技术的又一方面,提供了一种锂空气电池。所述锂空气电池包含本专利技术锂空气电池非碳正极。与现有技术相比,本专利技术具有以下的技术效果:本专利技术掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法将生长在泡沫镍表面的镍钴络合物采用煅烧处理,使得镍钴络合物原位生长Co掺杂NiO的催化剂。这样,一方面,所述催化剂通过对NiO进行Co离子的掺杂,有效改善了所述催化剂的ORR和OER催化活性;另一方面,经透射电镜照片可知,Co掺杂NiO的所述催化剂呈现三维纳米片结构,而且所述三维纳米片具有优异的高比表面积,由于Co掺杂NiO的所述催化剂是原位生长在所述泡沫镍集流体表面,有效改善了所述泡沫镍集流体孔径结构,该孔径结构有利于电池充放电过程中物质的传输以及放电产物的沉积,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,本专利技术制备方法条件易控,制备的掺杂氧化镍锂空气电池正极性能稳定,而且效率高。本专利技术锂空气电池由于是采用本专利技术掺杂氧化镍锂空气电池正极作为正极,因此,所述锂空气电池放电容量高、充放电过电势小和循环性能好,具有良好的稳定性及循环性能,而且使用寿命长,使得所述锂空气电池综合性能优异。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明,附图中:图1为本专利技术实施例掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法工艺流程示意图;图2是本专利技术实施例1提供的掺杂氧化镍锂空气电池正极表面扫描电镜图。图3是本专利技术实施例1提供的掺杂氧化镍锂空气电池正极表面透射电镜图;图4是对比例1提供的氧化镍锂空气电池正极表面扫描电镜图图5是对比例1提供的氧化镍锂空气电池正极表面透射电镜图;图6是本专利技术实施例1提供的锂空气电池在不同电流密度条件下的首圈充放电图;图7是对比例1提供的锂空气电池在不同电流密度条件下的首圈充放电图;图8是本专利技术实施例1提供的锂空气电池在容量为500mAh/g,电流密度为400mA/g条件下的循环图;图9是对比例1提供的锂空气电池在容量为500mAh/g,电流密度为400mA/g条件下的循环图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例说明书中所提到的各组分的质量不仅仅可以指代各组分的具体含量,也可以表示各组分间质量的比例关系,因此,只要是按照本专利技术实施例说明书各组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术实施例说明书公开的范围之内。具体地,本专利技术实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。一方面,本专利技术实施例提供了一种掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法。所述掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法的工艺流程如图1所示,其包括以下步骤:S01:在泡沫镍集流体表面生长镍钴络合物;S02: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;S03:将经干燥处理后的所述泡沫镍集流体进行煅烧处理。其中,所述步骤S01中,在所述泡沫镍集流体表面先生长镍钴络合物,也即是先原位生长钴掺杂氧化镍催化剂的前驱体。一实施例中,所述步骤S01中的在所述泡沫镍集流体表面生长镍钴络合物的方法包括如下步骤:S011:将可溶性镍盐和可溶性钴盐以及络合物溶解配制成混合物溶液;S012:将所述泡沫镍集流体没入所述混合物溶液中,并进行水热反应处理。在优选实施例中,步骤S011中所述可溶性镍盐和可溶性钴盐以及络合物可以按照摩尔比为(3-10):(0.1-2本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法,其特征在于,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。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂氧化镍锂空气电池正极的制备方法,其特征在于,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。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在所述泡沫镍集流体表面生长镍钴络合物的方法包括如下步骤:将可溶性镍盐和可溶性钴盐以及络合物溶解配制成混合物溶液;将所述泡沫镍集流体没入所述混合物溶液中,并进行水热反应处理。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述可溶性镍盐和可溶性钴盐以及络合物的摩尔比为(3-10):(0.1-2):(4-8)。4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述水热反应处理的温度为80-180℃,时间为8-16小时。5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法,其特征在于:所述可溶性镍盐包括Ni(NO3)2、NiCl2、NiCO3中的至少一种;所述可溶性钴盐包括Co(NO3)2、CoCl2中的至少一种;所述络合物包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:王芳王慧王泓蛟吴磊刘旺曹慧群罗仲宽
申请(专利权)人:深圳大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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