本发明专利技术适用于锂空气电池电极材料开发技术领域，提供了一种具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂及制备方法。所述锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：提供金属硝酸盐M(NO3)x和聚乙烯吡咯烷酮，将所述金属硝酸盐和所述聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中混合处理得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行静电纺丝处理，收集得到的纳米纤维，其中，所述静电纺丝处理的电压为10-30KV，且收集所述纳米纤维的收集板与喷丝头尖的距离为10-30cm；将所述纳米纤维依次进行真空干燥、煅烧处理，得到具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂空气电池电极材料开发领域，尤其涉及一种具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂及制备方法。
技术介绍
锂空气电池具有较高的理论比能量，当使用有机电解质时，其理论比能量可以达到3622Wh/kg，可以达到目前广泛应用的锂离子电池的几十倍，几乎与燃油的水平相当，远高于目前磷酸铁锂锂离子电池120Wh/kg的水平。此外，锂空气电池采用空气中的氧气作为活性物质，降低了成本，对环境友好，在电动汽车及储能等领域具有广阔的应用潜力。但是，在实际应用中，锂空气电池存在充电极化大、充放电效率低、循环寿命短、倍率性能差的问题。针对锂空气电池中的空气电极，如何获得对氧还原/析出反应具有有效催化作用的催化剂，从而提高电池的性能，一直是研究者们不断研究的方向。氧电极的还原/析出反应同时涉及到气一液一固三相反应界面，如何增加三相界面长度，是提高催化剂性能的关键。此夕卜，研究表明，基于有机电解液体系的锂空气电池，其电池化学反应的核心是Li202的可逆生成和分解。由于Li202导电性很差，电极内必须有足够的空间以容纳放电产物Li202，防止由于Li202将电极完全包覆而造成放电终止。基于以上的分析，锂空气电池空气电极催化剂的微观结构，必须同时满足如下两方面的要求:(1)具有高的比表面积，以提供充足的反应活性位点，提高催化剂的催化活性；(2)具有较高的孔隙率和足够的孔径，从而能够容纳更多的反应产物Li202，延长电池的循环寿命。通过改变空气电极的微观结构来提高催化剂的活性，研究者们在这方面已经进行了一些尝试。如通过软模板法、硬模板法、水热法等方法制备了具有纳米管、纳米棒、纳米中空球等结构的空气电极催化剂。实验证实，空气电极内部的形貌、孔径、孔体积、比表面积、电极厚度等因素对电池的放电性能有很大的影响，但是现有的尝试仍然存在不足。目前，所制备的锂空气电池空气电极催化剂只有单一级别的孔道结构，并不能满足空气电极氧还原/析出反应的需求;另一方面，软模板法、硬模板法、水热法等合成方法制备步骤繁多、过程复杂、成本高且不易于实现批量生产。静电纺丝法制备过程简单、操作步骤少，且能够实现连续大量生产，易于实现产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，旨在解决现有锂空气电池空气电极催化剂性能不高、锂空气电池空气电极性能不足、进而使得锂空气电池存在充电极化大、充放电效率低、循环寿命短、倍率性能差的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种锂空气电池空气电极催化剂。本专利技术的另一目的在于提供一种锂空气电池空气电极。本专利技术的再一目的在于提供一种锂空气电池。本专利技术是这样实现的，一种锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤:提供金属硝酸盐Μ(Ν03)χ和聚乙烯吡咯烷酮，将所述金属硝酸盐和所述聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中混合处理得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行静电纺丝处理，收集得到的纳米纤维，其中，所述静电纺丝处理的电压为10-30KV，且收集所述纳米纤维的收集板与喷丝头尖的距离为10-30cm;将所述纳米纤维依次进行真空干燥、煅烧处理，得到具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂。以及，一种锂空气电池空气电极催化剂，所述锂空气电池空气电极催化剂由上述锂空气电池空气电极催化剂的制备方法制备获得，且所述锂空气电池空气电极催化剂为具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂。以及，一种锂空气电池空气电极，所述锂空气电池空气电极由复合浆料涂敷在集流体上制成，所述复合浆料包括碳导电剂、聚偏氟乙烯、如上述锂空气电池空气电极催化剂和溶剂，其中，所述空气电极催化剂、碳导电剂、聚偏氟乙烯的重量比为(0.8-1.2):(1.5-2.5):(0.4-0.6)o相应的，一种锂空气电池，包括上述的锂空气电池空气电极。本专利技术提供的锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，以金属硝酸盐和有机溶剂形成的混合溶液为前驱体，以所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)同时作为增稠剂和造孔剂，采用静电纺丝方法从而制备得到具有介孔/亚孔多级孔道结构的纳米管状催化剂。本专利技术所述电纺丝法制备过程简单、操作步骤少，且能够实现连续大量生产，易于实现产业化;更重要的是，采用本专利技术所述方法得到的锂空气电池空气电极催化剂，具有介孔/亚孔多级孔道结构的纳米管状结构，其较高的比表面积和充足的孔径/孔体积提高了锂空气电池性能，其中，介孔结构能够提高比表面积，增加催化反应活性位;亚孔结构能够提供容纳放电产物Li202的空间；纳米管形貌形成了直流通路，有利于电子的传输。具有这种结构的催化剂，能够降低电池极化，提高电池的充放电效率，延长锂空气电池的循环寿命。本专利技术提供的锂空气电池空气电极催化剂，具有介孔/亚孔多级孔道结构的纳米管状结构，具有较高的催化活性，能够有效降低电池极化，提高电池的充放电效率，延长锂空气电池的循环寿命。本专利技术提供的锂空气电池空气电极，由于具有上述孔/亚孔多级孔道结构的纳米管状催化剂，因此，能够有效降低电池极化，提高电池的充放电效率，延长锂空气电池的循环寿命。本专利技术提供的锂空气电池，具有充电极化小、充放电效率高、循环寿命长、倍率性能好的优点。【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。本专利技术实施例提供了一种锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤:SO1.提供金属硝酸盐Μ(Ν03)χ和聚乙烯吡咯烷酮，将所述金属硝酸盐和所述聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中混合处理得到前驱体溶液；S02.将所述前驱体溶液进行静电纺丝处理，收集得到的纳米纤维，其中，所述静电纺丝处理的电压为10-30KV，且收集所述纳米纤维的收集板与喷丝头尖的距离为10-30cm;S03.将所述纳米纤维依次进行真空干燥、煅烧处理，得到具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂。具体的，上述步骤S01中，所述金属硝酸盐为静电纺丝制备锂空气电池空气电极催化剂的原料主体。作为优选实施例，所述金属硝酸盐Μ(Ν03)χ中，Μ为金属原子，且Μ包括但不限于Co、Mn、Fe、N1、Ru中的至少一种，其中，所述X的取值，由具体的金属Μ的化合价决定。进一步的，由于所述前驱体溶液的粘度对静电纺丝的影响较大，而所述前驱体溶液的粘度又受所述金属硝酸盐Μ(Ν03)χ含量的影响，因此，为了获得粘度合适的所述前驱体溶液，本专利技术实施例所述前驱体溶液中，所述金属硝酸盐Μ(Ν03)χ的质量百分含量优选为5-40%。更进一步地，所述金属硝酸盐Μ(Ν03)χ的质量百分含量为10?20%。本专利技术实施例中，所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)同时作为增稠剂和造孔剂。一方面，所述PVP作为增稠剂可以调节所述前驱体溶液的粘度，使得前驱体溶液在下述静电纺丝过程中可能顺利喷丝；另一方面，所述PVP作为造孔剂，在后续烧结过程中烧尽，当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂空气电池空气电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：提供金属硝酸盐M(NO3)x和聚乙烯吡咯烷酮，将所述金属硝酸盐和所述聚乙烯吡咯烷酮溶于有机溶剂中混合处理得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液进行静电纺丝处理，收集得到的纳米纤维，其中，所述静电纺丝处理的电压为10‑30KV，且收集所述纳米纤维的收集板与喷丝头尖的距离为10‑30cm；将所述纳米纤维依次进行真空干燥、煅烧处理，得到具有多级孔道结构的纳米管状锂空气电池空气电极催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，吴正斌，徐亚威，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
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