一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用。该锂二氧化碳电池正极材料催化剂为多孔碳纳米管；所述多孔碳纳米管的侧壁具有开孔。本发明专利技术还提供了锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法和应用。本发明专利技术提供的锂二氧化碳电池正极材料催化剂采用多孔碳纳米管，其侧壁上的开孔导致物理表面积、孔体积和活性位点的增加，可以储存更多的放电产物碳酸锂并促进其分解，且制备方法简单高效，耗能低，有效地降低了成本；该催化剂制得的锂二氧化碳电池电化学性能显著提高。的锂二氧化碳电池电化学性能显著提高。的锂二氧化碳电池电化学性能显著提高。

A catalyst for cathode material of lithium carbon dioxide battery and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂二氧化碳电池
更具体地，涉及一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着现代工业对能源的需求不断增加，化石燃料在全球范围内被过度使用，产生了大量二氧化碳，导致了能源短缺和温室效应。许多化学和物理技术，例如二氧化碳捕获、二氧化碳转化和金属二氧化碳电池等，已被开发用于降低大气中的二氧化碳浓度。
[0003]其中，基于锂阳极和二氧化碳阴极之间氧化还原反应(4Li+3CO2＝2Li2CO3+C)的锂二氧化碳电池被认为是最有前景的，它们具有高放电电位(2.8V)和高的理论能量密度(1876Whkg
‑
1)。
[0004]然而，由于绝缘放电产物碳酸锂的不可逆形成，导致产生电池过电位高、循环稳定性差和能量效率低等问题，使得锂二氧化碳电池的发展受到限制。尽管已有文献报道几种用于锂二氧化碳电池的高性能碳基材料催化剂，但这种碳基材料催化剂的合成过程复杂且耗能巨大。因此，降低电池过电势及提高电池循环性能，是目前亟待解决的重要问题。
[0005]因此，需要提供一种合成简易且耗能低的催化剂作为锂二氧化碳电池正极材料催化剂，来解决上述之一的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法。
[0008]本专利技术的第三个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂在制备锂二氧化碳电池正极材料中的应用。
[0009]本专利技术的第四个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料。
[0010]本专利技术的第五个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料在制备锂二氧化碳电池中的应用。
[0011]本专利技术的第六个目的在于提供一种锂二氧化碳电池。
[0012]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0013]一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂，所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂为多孔碳纳米管；所述多孔碳纳米管的侧壁具有开孔。
[0014]优选地，所述多孔碳纳米管的直径为40～60nm，更优选为50nm。
[0015]优选地，所述侧壁开孔的孔径为30～40nm。
[0016]优选地，所述多孔碳纳米管的比表面积为174cm2/g。
[0017]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018]将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化，加热后的产物与酸混合得到混合物，将混合
物加热回流，经过滤、洗涤、干燥、热处理得到所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂。
[0019]优选地，所述将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化的条件为：升温速率为1～10℃
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‑1，升温至400～450℃，保温5～10小时；在某些优选地实施例中，升温速率例如为1～5℃
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‑1、5～10℃
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‑1等；升温至400～430℃、430～450℃等；保温时间为5～8小时、8～10小时、10～12小时等。
[0020]优选地，所述将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化为将多壁碳纳米管粉末置于氧化铝瓷舟中，并在两端开口的管式炉中加热。
[0021]优选地，所述多壁碳纳米管粉末的直径为40～60nm，在某些优选地实施例中，所述多壁碳纳米管粉末的直径例如为40～50nm、50～60nm等，更优选为50nm。
[0022]优选地，所述酸为盐酸、硫酸或硝酸。
[0023]优选地，所述酸的浓度为5～10mol/L；在某些优选地实施例中，所述酸的浓度例如为5～6mol/L、5～8mol/L、6～8mol/L、6～10mol/L、8～10mol/L等，更优选为6mol/L。
[0024]优选地，所述多壁碳纳米管粉末与酸的用量比为50mg：80～150mL；在某些优选地实施例中，用量比例如为50mg：80～100mL、50mg：80～120mL、50mg：100～120mL、50mg：100～150mL、50mg：120～150mL等；更优选为50mg：100mL。
[0025]优选地，所述混合物加热回流的条件为：回流温度为100～150℃，回流时间为20～30小时；在某些优选地实施例中，所述混合物加热回流的温度例如为100～120℃、120～150℃等，所述混合物加热回流的时间例如为20～24小时，24～30小时等。
[0026]优选地，所述洗涤使用的试剂为去离子水，洗涤次数为至少六次。
[0027]优选地，所述干燥的条件为：在60℃～80℃温度下真空干燥10～15小时；在某些优选地实施例中，干燥的温度例如为60℃，干燥的时间例如为10～12小时、12～15小时等。
[0028]优选地，所述热处理为在Ar气氛中800～1200℃温度下保持0.5～2小时；更优选地，所述热处理的温度例如为800～1000℃、1000～1200℃，保持时间为0.5～1小时、1～2小时等。
[0029]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述锂二氧化碳电池正极材料催化剂在制备锂二氧化碳电池正极材料中的应用。
[0030]优选地，所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂在制备锂二氧化碳电池正极材料中的应用，包括如下步骤：
[0031]将锂二氧化碳电池正极材料催化剂、粘结剂、有机溶剂混合获得浆料，将浆料涂覆于碳纸上，制得锂二氧化碳电池正极材料。
[0032]优选地，所述粘结剂为萘酚溶液、聚偏氟乙烯，更优选地，粘结剂为萘酚溶液。
[0033]优选地，所述萘酚溶液的浓度为0.2～0.6wt.％，更优选为0.5wt.％。
[0034]优选地，所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂、粘结剂和溶剂的用量比为1mg～3mg：10μL：1mL，更优选地为2mg：10μL：1mL。
[0035]优选地，所述有机溶剂为异丙醇或N
‑
甲基吡咯烷酮，更优选地为异丙醇。
[0036]优选地，所述浆料涂覆于碳纸上的涂覆量为0.09～0.27mg/cm2；更优选地，涂覆量为0.18mg/cm2。
[0037]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种由上述锂二氧化碳电池正极材料催化剂制得的锂二氧化碳电池正极材料。
[0038]作为本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述锂二氧化碳电池正极材料在制备锂二氧化碳电池中的应用。
[0039]优选地，所述锂二氧化碳电池正极材料在制备锂二氧化碳电池中的应用，包括如下步骤：
[0040]在充满氩气的手套箱中组装锂二氧化碳电池，其中，电池正极采用所述锂二氧化碳电池正极材料。
[0041]优选地，所述锂二氧化碳电池的电池负极采用锂片，隔膜采用玻璃纤维纸，电解液采用1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂，其特征在于，所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂为多孔碳纳米管；所述多孔碳纳米管的侧壁具有开孔。2.一种如权利要求1所述的锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化，加热后的产物与酸混合得到混合物，将混合物加热回流，经过滤、洗涤、干燥、热处理得到所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化的条件为：升温速率为1～10℃
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‑1，升温至400～450℃，保温5～10小时。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管粉末的直径为40～60nm。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸为盐酸、硫酸或硝酸；优选地，所述酸的浓度为5～10mol/L；优选地，所述多壁碳纳米管粉末与酸的用量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栋，谢婳媚，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：