四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl制造技术

本发明专利技术公开一种四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl

【技术实现步骤摘要】
四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料及制备方法
本专利技术涉及锂原电池
，具体涉及四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料及制备方法。
技术介绍
Li/SOCl2电池是目前化学电源中比能量最高的电池，具有工作电压高(可高达3.6V)、使用温度范围宽(-55C-150℃)、免维护和储存寿命长(长达10年以上)等优点，广泛应用于航天航空、医疗设备、石油开采和智能水表、电表、燃气表等领域。([1]DuC,LiuS,ZhangW,etal.Nitrogen-DopedCarbonNanotubesBasedonIonicLiquidPrecursorsasEffectiveCathodeCatalystsforLi/SOCl2Batteries[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2018,165(9):A1955-A1960.[2]GaoY,LiS,WangX,etal.CarbonnanotubeschemicallymodifiedbymetalphthalocyanineswithexcellentelectrocatalyticactivitytoLi/SOCl2battery[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2017,164(6):A1140-A1147.)随着应用的日益广泛，人们对Li/SOCl2电池的要求也不断提高。正极活性物质SOCl2的还原速率是影响电池的关键。然而，随电池放电深度增加，碳正极被不溶性的产物LiCl和S覆盖从而变得致密，阻碍了SOCl2的还原反应进行，使得电池内阻增加。([3]LeeSB,PyunSI,LeeEJ.EffectofthecompactnessofthelithiumchloridelayerformedonthecarboncathodeontheelectrochemicalreductionofSOCl2electrolyteinLi–SOCl2batteries[J].Electrochimicaacta,2001,47(6):855-864.)四吡啶并卟啉配合物(MTAP)为大环共轭结构，具有优异的稳定性，是一类理想的Li/SOCl2电池催化材料。研究表明添加四吡啶并卟啉配合物后，LiCl钝化膜变得疏松，从而减小Li/SOCl2电池内阻，提高输出电压。([4]XuZ,ZhangG,CaoZ,etal.EffectofNatomsinthebackboneofmetalphthalocyaninederivativesontheircatalyticactivitytolithiumbattery[J].MolecularCatalysis,2010,318(1-2):101–105.)但是MTAP的导电性有待提高，所以引入碳材料来改善导电性。此外，碳材料结构的稳定性、大的比表面积(达1400m2/g)和表面活性官能团如羧基有利于供MTAP形核生长。([5]GaoY,LiS,WangX,etal.CarbonnanotubeschemicallymodifiedbymetalphthalocyanineswithexcellentelectrocatalyticactivitytoLi/SOCl2battery[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2017,164(6):A1140-A1147.)SOCl2与MTAP的中心金属离子d轨道键合，降低了SOCl2的还原反应能垒，加快反应进行。中心金属离子的电子构型强烈影响反应进行快慢。其中Ni2+的最外层电子构型为3d8，易于与SOCl2的O原子形成八面体配合物，有利于催化SOCl2的还原反应。([6]XuZ,LiK,WangR,etal.ElectrochemicalEffectsofLithium-ThionylChlorideBatterybyCentralMetalIonsofPhthalocyanines-TetraacetamideComplexes[J].JournalofTheElectrochemicalSociety,2017,164(14):A3628-A3632.)。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种具有良好催化性能、制备简单、重复性好、成本较低、环保和安全的四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料的制备方法，经该方法制备的NiTAP/CuTAP/AC催化材料延长了Li/SOCl2电池放电时间和提升了Li/SOCl2电池放电电压平台。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料的制备方法，具体包括以下步骤；步骤1：按质量比(1.43-2.23)：(0.20-1.00)：(1.95-2.75)：(1.18-1.98)：(0.55-1.35)：(0.72-1.52)称取2,3-吡啶二甲酸、沥青焦活性炭、尿素、六水合氯化镍、二水合氯化铜以及四水合钼酸铵，混合并充分研磨均匀，得到混合物；步骤2：在空气气氛中，将混合物以5-10℃/min的升温速率由室温起升至120-160℃，保温30-80min，再以5-10℃/min升温速率，升至210-290℃，保温1-3h，冷却至室温即得粗产物；步骤3：将粗产物研磨后洗涤并干燥，即得四吡啶并卟啉镍/四吡啶并卟啉铜/活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料。进一步地，步骤1中所述的沥青焦活性炭比表面积为1400m2/g。进一步地，步骤3中所述的洗涤过程为先用超纯水浸泡待沉淀后，进行换水，反复多次，直到完全澄清再抽滤，后经去离子水和无水乙醇分别冲洗多次。进一步地，步骤3中所述的干燥是在70～110℃真空干燥10～26h。一种该制备方法制得的四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料为NiTAP/CuTAP原位生长在AC表面上的纳米状多孔结构，且尺寸均匀。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术采用沥青焦活性炭(AC)作为基体利用AC大比表面积、高的导电性且表面含有丰富的羧基和羰基等官能团，诱导诱导NiTAP/CuTAP纳米化，提高催化材料稳定性，减小MTAP尺寸至纳米级，充分暴露活性位点，使得反应更加彻底，且改善导电性；Ni2+的最外层电子构型为3d8，易于与SOCl2的O原子形成八面体配合物，有利于催化SOCl2的还原反应；掺杂的CuTAP能够诱导NiTAP晶格扭曲，暴露更多的活性位点从而进一步提高催化活性；此外，AC的引入还能提高电荷传输能力。2)本专利技术采用原位固相法合成四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭复合材料，具有制备简单、重复性好、成本较低、环保和安全等优点。3)经本专利技术制得的四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl

【技术特征摘要】
1.一种四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤；
步骤1：按质量比(1.43-2.23)：(0.20-1.00)：(1.95-2.75)：(1.18-1.98)：(0.55-1.35)：(0.72-1.52)称取2,3-吡啶二甲酸、沥青焦活性炭、尿素、六水合氯化镍、二水合氯化铜以及四水合钼酸铵，混合并充分研磨均匀，得到混合物；
步骤2：在空气气氛中，将混合物以5-10℃/min的升温速率由室温起升至120-160℃，保温30-80min，再以5-10℃/min升温速率，升至210-290℃，保温1-3h，冷却至室温即得粗产物；
步骤3：将粗产物研磨后洗涤并干燥，即得四吡啶并卟啉镍/四吡啶并卟啉铜/活性炭Li/SOCl2电池正极催化材料。


2.根据权利要求1所述的四吡啶并卟啉镍、四吡啶并卟啉铜、活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：许占位，王盈，李康，严皓，张姿纬，黄剑锋，沈学涛，李嘉胤，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61