一种锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池技术

本发明专利技术涉及一种锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池，方法包括：利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍；对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍；利用水热反应在镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物；对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到锂空气电池非碳正极；该方法制得的锂空气电池非碳正极避免了碳材料与放电产物生成碳酸锂导致电池容量衰减和极化的问题，使电池运行更为稳定高效。

A non carbon positive electrode for lithium air battery and its preparation method, lithium air battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池
本专利技术属于电化学能源
，尤其涉及一种锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池。
技术介绍
随着移动电子设备、电动汽车和智能电网的快速发展，人类对于能源的需求日益增加。而目前的新型清洁能源如太阳能，风能等，虽然有着巨大的潜能，但由于其使用对当时环境的依赖性较强，因此要作为持续能源能存在一些挑战。锂离子电池被应用于笔记本电脑、移动电子终端等电子设备。但目前锂离子电池的能量密度约为160WhKg-1，远低于锂空气电池平均能量密度。其功率密度也远低于超级电容器等电化学器件，难以满足新能源汽车(全电动或混合动力汽车)动力源和电网储能等需要大容量的应用需求。因此，很有必要开发一种稳定持续的储能设备。锂空气电池的理论比能量密度可达11400Whkg-1，这与传统汽油的理论比能量密度(13200Whkg-1)相当。这使锂空气电池有望替代汽油成为未来新能源汽车等的动力源。但是锂空气电池要实现商业化，还有很多问题需要解决。如碳材料作为锂空气电池正极在电池循环过程中容易在3.5V以上发生分解并与放电产物Li2O反应形成Li2CO3，由于碳酸锂相当稳定不容易通过电化学的方法电解，从而造成容量衰减，并且不断地使电池极化导致放电终止。
技术实现思路
本专利技术提供一种锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池，用以解决现有技术中使用碳材料作为锂空气电池正极，容易与放电产物反应生成不易电解的碳酸锂，从而导致电池容量衰减，并且使电池极化导致放电终止的技术问题。<br>本申请实施例第一方面提供一种锂空气电池非碳正极的制备方法，方法包括：利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍；对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍；利用水热反应在所述镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物；对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将所述镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到所述锂空气电池非碳正极。优选地，在所述利用水热反应在泡沫镍表面形成氢氧化镍之前，还包括：根据需要对泡沫镍进行剪裁；将剪裁好的泡沫镍使用去离子水冲洗后置于质量分数15％的盐酸溶液中浸泡30min；将在盐酸中浸泡过的泡沫镍使用去离子水清洗后进行真空干燥。优选地，在所述利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍之后，及所述对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍之前，还包括：对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍使用去离子水清洗3次，超声30min后进行真空干燥。优选地，所述利用水热反应在泡沫镍表面形成氢氧化镍，包括：将可溶性镍盐、六亚甲基四胺、十六烷基三甲基溴化铵按照摩尔比1:4:1溶解于溶剂中，得到第一溶液，所述溶剂为15ml去离子水与15ml乙醇混合制得；将泡沫镍置于所述第一溶液中，在130℃温度下水热反应10h。优选地，所述对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍包括：将所述表面形成了氢氧化镍的泡沫镍置于管式炉中，在空气中升温至350℃，退火2h，得到镍负载氧化镍，所述升温的速率为2～3℃/min。优选地，所述利用水热反应在所述镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物包括：将可溶性镍盐、可溶性钴盐、尿素以及十六烷基三甲基溴化铵按照摩尔比1:2:20:4溶解于溶剂中，得到第二溶液，所述溶剂为15ml去离子水与15ml乙醇混合制得；将所述镍负载氧化镍置于所述第二溶液中，在130℃温度下水热反应4h。优选地，所述对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将所述镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到所述锂空气电池非碳正极，包括：将所述表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍置于管式炉中，在空气中升温至350℃，退火2h，得到所述锂空气电池非碳正极，所述升温的速率为2℃/min。本申请实施例第二方面提供一种锂空气电池非碳正极，所述锂空气电池非碳正极是由第一方面提供的制备方法制得。优选地，所述锂空气电池的非碳正极形状为直径1.5cm的圆片，所述锂空气电池的非碳正极的负载量为0.5mg。本申请实施例第三方面提供了一种锂空气电池，所述锂空气电池包括第二方面提供的锂空气电池非碳正极。从上述本专利技术实施例可知，本申请实施例提供的锂空气电池非碳正极及其制备方法、锂空气电池，其制备方法通过物理和化学方法相结合先后在泡沫镍表面复合了氧化镍层和钴酸镍层。整个制备过程不需要使用含碳的胶黏剂，从而避免了与放电产物生成碳酸锂导致电池容量衰减并且电池极化导致放电终止的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请提供的锂空气电池非碳正极制备方法的流程示意图；图2为本申请第一实施例提供的镍负载氧化镍NiO@Ni的FESEM图；图3为本申请第二实施例提供的镍负载钴酸镍NiCo2O4@Ni的FESEM图；图4为本申请第三实施例提供的锂空气电池非碳正极NiCo2O4@NiO@Ni的FESEM图；图5为本申请第三实施例提供的锂空气电池非碳正极NiCo2O4@NiO@Ni的EDS能谱表征图；图6为本申请实施例中提供的锂空气电池正极材料制得的锂空气电池在200mA/g电流密度下深度放电测试对比结果图；图7为本申请第一实施例提供的锂空气电池在电流密度为200mA/g条件下的循环图；图8为本申请第二实施例提供的锂空气电池在电流密度为200mA/g条件下的循环图；图9为本申请第三实施例提供的锂空气电池在电流密度为200mA/g条件下的循环图。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本申请实施例一方面提供了一种锂空气电池非碳正极的制备方法，如图1所示，为本申请实施例提供的锂空气电池非碳正极制备方法的流程示意图，方法包括：步骤101，利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍；步骤102，对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍；步骤103，利用水热反应在镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物；步骤104，对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到锂空气电池非碳正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂空气电池非碳正极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍；/n对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍；/n利用水热反应在所述镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物；/n对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将所述镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到所述锂空气电池非碳正极。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池非碳正极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍；
对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍；
利用水热反应在所述镍负载氧化镍表面形成镍钴氢氧化物；
对表面形成了镍钴氢氧化物的镍负载氧化镍进行空气中退火，将所述镍钴氢氧化物转化成钴酸镍，得到所述锂空气电池非碳正极。


2.根据权利要求1所述的锂空气电池非碳正极的制备方法，其特征在于，在所述利用水热反应在泡沫镍表面形成氢氧化镍之前，还包括：
根据需要对泡沫镍进行剪裁；
将剪裁好的泡沫镍使用去离子水冲洗后置于质量分数15％的盐酸溶液中浸泡30min；
将在盐酸中浸泡过的泡沫镍使用去离子水清洗后进行真空干燥。


3.根据权利要求1所述的锂空气电池非碳正极的制备方法，其特征在于，在所述利用水热反应在泡沫镍表面上形成氢氧化镍之后，及所述对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍进行空气中退火，将所述氢氧化镍转化为氧化镍，得到镍负载氧化镍之前，还包括：
对表面形成了氢氧化镍的泡沫镍使用去离子水清洗3次，超声30min后进行真空干燥。


4.根据权利要求1所述的锂空气电池非碳正极的制备方法，其特征在于，所述利用水热反应在泡沫镍表面形成氢氧化镍，包括：
将可溶性镍盐、六次甲基四胺、十六烷基三甲基溴化铵按照摩尔比1:4:1溶解于溶剂中，得到第一溶液，所述溶剂为15ml去离子水与15ml乙醇混合制得；
将泡沫镍置于所述第一溶液中，在130℃温度下水热反应10h。


5.根据权利要求1所述的锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，王泓蛟，王慧，曹慧群，吴其兴，罗仲宽，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44