气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用；通过简单的两步水热法，在亲水处理后的碳布上原位生成Ni2CoS4。本发明专利技术利用双金属硫化物的协同作用提高催化性能，同时由于单一金属元素的价键变化幅度减小，材料的循环稳定性有所提高，使得Li

【技术实现步骤摘要】
气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气体电池
，具体涉及一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着全球经济和科技水平持续发展，人类对能源的需求和消耗日益增加，探索和寻找新型能源材料，开发新能源是人类的重要难题之一。由于二氧化碳排放量的增加和温室效应，寻找和开发循环利用二氧化碳的新方法也被视为关键。
[0003]以锂金属作为负极、CO2或O2为正极的锂
‑
气体(Li
‑
O
2/
CO2)电池受到大量的关注，其能够实现CO2可逆的利用转化和能量储存。Li
‑
O
2/
CO2电池因其高放电电压(～2.8V)和基于Li
‑
O
2/
CO2系统的理论高能量密度1876Wh kg
‑1而脱颖而出，但遗憾的是，Li
‑
O
2/
CO2电池的充放电可逆性和循环性能较差，严重阻碍了其进一步应用。副产物Li2CO3作为绝缘体，使得Li
‑
O
2/
CO2电池(4Li
+
+3CO2+4e
–
→
2Li2CO3+C，E
θ
＝2.80V vs.Li/Li
+
)的正极表面钝化，因此需要在充电过程中提供高分解电压，但高电位会导致电解液严重分解，从而降低电池的电化学性能和循环的可逆性。因此，提高Li
‑
O
2/
CO2电池性能的关键是开发高效的正极催化剂，以降低充电电位，促进放电产物的可逆生成和分解。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种气体电池镍钴硫正极及其制备方法和应用，提升气体电池的电化学性能。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：
[0006]本专利技术公开了一种气体电池镍钴硫正极的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)先将碳布热处理，然后洗涤、烘干，得到亲水处理后的碳布；
[0008](2)将氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素加入到水中，搅拌形成均相溶液；
[0009](3)将步骤(2)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(1)得到的碳布，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到碳酰基镍钴前驱体；
[0010](4)将九水合硫化钠加入到水中，搅拌形成均相溶液；
[0011](5)将步骤(4)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(3)得到的碳酰基镍钴前驱体，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到镍钴硫正极。
[0012]作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，先将碳布600℃热处理120分钟，然后用乙醇和水分别进行超声洗涤30分钟，再烘干，得到亲水处理后的碳布。
[0013]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素的摩尔比为2:4:7.2。
[0014]作为优选的技术方案，所述步骤(3)中，高温蒸汽密封的温度保持在120℃，时间持续8h。
[0015]作为优选的技术方案，所述步骤(4)中，九水合硫化钠与氯化镍六水合物的摩尔比
为0.5:2。
[0016]作为优选的技术方案，所述步骤(5)中，高温蒸汽密封的温度保持在180℃，时间持续6h。
[0017]本专利技术公开了上述制备方法制备的气体电池镍钴硫正极，在亲水处理后的碳布上原位生成Ni2CoS4。
[0018]作为优选的技术方案，Ni2CoS4在碳布上的质量负载0.8～1.0mg cm
‑2。
[0019]本专利技术公开了上述气体电池镍钴硫正极在气体电池中的应用，所述气体电池为Li
‑
O2电池或Li
‑
CO2电池。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021](1)本专利技术以碳布作为基底材料，保证了良好的导电性能和柔性，可作为基底支撑活性物质直接用作工作电极，无需添加任何的粘合剂。
[0022](2)本专利技术在亲水处理后的碳布上原位生成Ni2CoS4，利用双金属硫化物的协同作用提高催化性能，同时由于单一金属元素的价键变化幅度减小，材料的循环稳定性有所提高，使得Li
‑
O2和Li
‑
CO2电池表现出优异的电化学性能。
[0023](3)本专利技术通过简单的两步水热法，在亲水处理后的碳布上生成了镍钴硫材料，操作简易，合成时间短，成本低廉。
附图说明
[0024]图1为实施例1所制备的镍钴硫正极的X射线衍射谱图。
[0025]图2为实施例1所制备的Li
‑
CO2电池的循环次数
‑
电压曲线。
[0026]图3为实施例2所制备的Li
‑
CO2电池的比容量
‑
电压曲线。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术作进一步阐述。
[0028]实施例1
[0029]本专利技术公开了一种气体电池镍钴硫正极的制备方法，包括以下步骤：
[0030](1)先将碳布600℃热处理120分钟，再用乙醇和水分别进行超声洗涤，每次洗涤时间30分钟，然后烘干，得到亲水处理后的碳布；将碳布裁剪成宽1cm、长5cm规格备用；
[0031](2)将2mmol NiCl2·
6H2O、4mmol CoCl2·
6H2O和7.2mmol CH4N2O加入到25mL的去离子水中，搅拌形成均相溶液；
[0032](3)将步骤(2)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(1)得到的碳布，高温蒸汽密封120℃反应8h；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到碳酰基镍钴前驱体；
[0033](4)将0.5mmol的Na2S
·
9H2O加入到25mL的去离子水中，搅拌形成均相溶液；
[0034](5)将步骤(4)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(3)得到的碳酰基镍钴前驱体，高温蒸汽密封180℃反应6h；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到镍钴硫正极。
[0035]镍钴硫正极的X射线衍射谱图如图1所示，镍钴硫化物XRD衍射峰对应于PDF卡片为PDF#73
‑
1297，证明在亲水处理后的碳布上原位生成了Ni2CoS4，Ni2CoS4在碳布上的质量负
载0.8～1.0mg cm
‑2。
[0036]将获得的正极裁剪为面积1
×
1cm
‑2使用。在高纯度氩气手套箱中，依次堆叠负极壳，弹片，垫片，锂负极，玻璃纤维隔膜，100μL的1.0M双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)溶于四乙二醇二甲醚(TEGDME)的电解液浸润，正极，气体电池正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体电池镍钴硫正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)先将碳布热处理，然后洗涤、烘干，得到亲水处理后的碳布；(2)将氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素加入到水中，搅拌形成均相溶液；(3)将步骤(2)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(1)得到的碳布，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到碳酰基镍钴前驱体；(4)将九水合硫化钠加入到水中，搅拌形成均相溶液；(5)将步骤(4)得到的溶液转移到反应釜中，并放入步骤(3)得到的碳酰基镍钴前驱体，高温蒸汽密封反应；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干，得到镍钴硫正极。2.根据权利要求1所述的气体电池镍钴硫正极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，先将碳布600℃热处理120分钟，然后用乙醇和水分别进行超声洗涤30分钟，再烘干，得到亲水处理后的碳布。3.根据权利要求1所述的气体电池镍钴硫正极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，氯化镍六水合物、氯化钴六水合物和尿素的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，
申请(专利权)人：成都欣平伯克利科技有限公司，
类型：发明
国别省市：