一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法技术

一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法，将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散于去离子水中，加入聚四氟乙烯水溶液，然后超声波分散，得到蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液；以玻璃纤维隔膜作为基底，使用真空抽滤泵将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液抽滤到玻璃纤维隔膜上表面，在玻璃纤维隔膜上方形成一层分散均匀的蜂窝多孔片状氧化镍薄膜，然后在鼓风干燥箱干燥，得到用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜。优点是：制备方法简单，可有效地减少氧气对钾金属阳极腐蚀，提高电池的电化学性能。的电化学性能。的电化学性能。

A preparation method of honeycomb porous sheet nickel oxide material diaphragm for potassium oxide battery

【技术实现步骤摘要】
一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法


[0001]本专利技术属于新能源车用电池材料领域，特别涉及一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜。

技术介绍

[0002]新能源汽车中电动汽车的核心部件是储能器件蓄电池，蓄电池的优劣直接关系到车的行驶里程、使用的便利性，而目前新能源动力车型最大的技术瓶颈也恰恰限制在了储能器件蓄电池。
[0003]目前，锂离子电池在能源储存中占据了重要地位，然而锂资源的储量仅占地壳中的储量为0.0017wt％，造成锂离子电池原料严重受影响。而钾资源丰富，分布广泛，所占地壳中的储量为1.5wt％，是锂的八百多倍，这使得钾具有了很大的优势。因此，钾氧电池是继锂氧电池之后出现的一种具有应用及推广前景的低成本储能电池。并且钾氧电池在碱金属空气电池中还具有独特的热力学稳定放电产物KO2以及在阴极具有可逆的单电子反应。但钾氧电池在放电过程中，O2在电解液中被还原成O2‑
，并与K
+
结合形成KO2，若O2穿梭至阳极被带负电荷的醚类电解液还原为O2‑
，从而导致钾阳极表面KO2的形成，且此过程是高度放热的，这与随后O2‑
与电解液中的H
‑
提取反应的偶联使得钾阳极表面其他副产物的形成，如KOH和K2CO3，因此金属钾由于O2穿梭至金属钾阳极对金属钾的腐蚀；并且，由于金属钾相对于金属锂更加活泼，金属钾阳极在工作过程中更容易造成腐蚀。因此，亟需研发出可以一种减少氧气对钾金属阳极腐蚀的有效方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法，制备方法简单，可有效地减少氧气对钾金属阳极腐蚀，提高电池的电化学性能。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法，其具体步骤如下：
[0007]将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散于去离子水中，加入聚四氟乙烯水溶液，然后超声波分散，得到蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液；
[0008]以玻璃纤维隔膜作为基底，使用真空抽滤泵将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液抽滤到玻璃纤维隔膜上表面，每平方厘米玻璃纤维隔膜使用蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液以氧化镍重量计为0.0005g～0.0025g，在玻璃纤维隔膜上方形成一层分散均匀的蜂窝多孔片状氧化镍薄膜，然后在鼓风干燥箱干燥，得到用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜；
[0009]所述蜂窝多孔片状氧化镍材料的制备方法如下：
[0010](1)配制四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液
[0011]将质量比为1:5～1:1四水合乙酸镍与尿素溶解到甲醇溶液中，常温搅拌，用盐酸调节pH至4～6，得到四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液；
[0012](2)水热反应
[0013]将四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在130～160℃温度下水热反应1～5h，合成含镍前驱体材料；
[0014](3)含镍前驱体材料的中间处理
[0015]A.将含镍前驱体材料在鼓风干燥箱中干燥后，放入高压灭菌锅中，对含镍前驱体材料进行高压处理5min～15min，得到片状材料A；经过高压灭菌锅处理，材料A呈片状，由于片状材料A厚度很薄，使得表面能大大增加，对O2‑
的吸附活性增加；
[0016]B.将片状材料A冷却至室温后取出，放入液氮冷冻处理3min～10min，得到蜂窝状多孔片状材料B；经过液氮冷冻处理，在片状材料A的表面产生蜂窝状多孔结构，丰富的多孔结构有利于电解液的渗透，可提供更大的体积空间用于储存更多的O2‑
；
[0017]C.将步骤A和步骤B按顺序重复1～5次后，得到材料C；将步骤A和步骤B重复多次可以稳定蜂窝状多孔结构，为高温煅烧做好前期处理；
[0018](4)高温煅烧
[0019]将材料C置于马弗炉中，在300～600℃温度下高温煅烧10～30h，冷却、研磨后，得到蜂窝多孔片状氧化镍材料。
[0020]进一步的，步骤(3)中在高压灭菌锅中高压处理温度为121℃，压力为0.11MPa。
[0021]进一步的，将步骤A和步骤B按顺序重复次数为5次，以使最终获得的蜂窝多孔片状氧化镍材料具有更优异的电化学性能。
[0022]进一步的，配制蜂窝多孔片状氧化镍分散液时，称取0.01～0.05g蜂窝多孔片状氧化镍材料加入到20mL去离子水中，并加入0.1g的质量浓度为5％聚四氟乙烯水溶液。
[0023]进一步的，制备蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜时，将2mL蜂窝多孔片状氧化镍分散液均匀分散在2cm2的玻璃纤维隔膜上表面。
[0024]进一步的，超声波分散时，超声波频率为40kHz，分散时间为2h～5h。
[0025]进一步的，干燥蜂窝多孔片状氧化镍薄膜时，干燥温度为80～100℃，干燥时间为12～20h。
[0026]进一步的，步骤(3)中鼓风干燥箱的干燥温度为60～80℃，干燥时间为10～15h。
[0027]进一步的，所述甲醇溶液是用体积比为1:4～1:49的甲醇与去离子水混合配制的。
[0028]进一步的，所述盐酸的浓度为0.01mol/L。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030](1)NiO的前驱体材料使用水热法合成，既有效又简便；通过对含镍前驱体材料进行高温高压以及液氮低温冷冻交替循环处理，最后再通过高温煅烧，从而获得具有蜂窝多孔片状NiO。高温高压和液氮低温交替处理可降低片的厚度，并产生蜂窝多孔的形貌，即使经过高温煅烧也能稳定的保持结构。
[0031](2)制备的蜂窝多孔片状NiO的片状结构可以增大接触面积，提供更多的活性位点，用于O2‑
的吸附从而减少对钾阳极的腐蚀。蜂窝状的多孔结构增大了对O2的体积储存空间，减少氧气穿梭至负极。因此，将此材料用作钾氧电池，可以有效的减缓钾阳极的腐蚀，降
低充放电电位差，增加了电池的循环稳定性，提高电池的电化学性能。
[0032](3)将所制备的蜂窝多孔片状氧化镍材料负载在玻璃纤维隔膜表面采用抽滤的方式，此方法操作简单且能够分布均匀，聚四氟乙烯的加入提高了其机械强度。基于蜂窝多孔片状氧化镍的隔膜可以通过多孔结构储存可能进入钾阳极的氧气，然后在电解液中被还原成O2‑
，利用O2‑
·
的路易斯碱与蜂窝多孔片状氧化镍的路易斯酸的吸引力，可以阻止O2穿梭至负极形成KO2，从而达到保护阳极的效果。
附图说明
[0033]图1是本专利技术对应实施例1的蜂窝多孔片状NiO材料的XRD图；
[0034]图2是本专利技术对应实施例1的蜂窝多孔片状NiO材料的SEM图；
[0035]图3是本专利技术对应对比例2的NiO材料的SEM图；
[0036]图4是本专利技术对应对比例1和对比例2的玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜的制备方法，其特征是：具体步骤如下：将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散于去离子水中，加入聚四氟乙烯水溶液，然后超声波分散，得到蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液；以玻璃纤维隔膜作为基底，使用真空抽滤泵将蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液抽滤到玻璃纤维隔膜上表面，每平方厘米玻璃纤维隔膜使用蜂窝多孔片状氧化镍材料分散液以氧化镍重量计为0.0005g～0.0025g，在玻璃纤维隔膜上方形成一层分散均匀的蜂窝多孔片状氧化镍薄膜，然后在鼓风干燥箱干燥，得到用于钾氧电池的蜂窝多孔片状氧化镍材料隔膜；所述蜂窝多孔片状氧化镍材料的制备方法如下：(1)配制四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液将质量比为1:5～1:1四水合乙酸镍与尿素溶解到甲醇溶液中，常温搅拌，用盐酸调节pH至4～6，得到四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液；(2)水热反应将四水合乙酸镍
‑
尿素混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在130～160℃温度下水热反应1～5h，合成含镍前驱体材料；(3)含镍前驱体材料的中间处理A.将含镍前驱体材料在鼓风干燥箱中干燥后，放入高压灭菌锅中，对含镍前驱体材料进行高压处理5min～15min，得到片状材料A；经过高压灭菌锅处理，材料A呈片状，由于片状材料A厚度很薄，使得表面能大大增加，对O2‑
的吸附活性增加；B.状材料A冷却至室温后取出，放入液氮冷冻处理3min～10min，得到蜂窝状多孔片状材料B；经过液氮冷冻处理，在片状材料A的表面产生蜂窝状多孔结构，丰富的多孔结构有利于电解液的渗透，可提供更大的体积空间用于储存更多的O2‑
；C.将步骤A和步骤B按顺序重复1～5次后，得到材料C；将步骤A和步骤B重复多次可以稳定蜂窝状多孔结构，为高温煅烧做好前期处理；(4)高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡克迪，陆岩，郎笑石，奚雪，姚传刚，张海霞，白宗宣，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：