一种锂-二氧化碳电池正极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂

【技术实现步骤摘要】
一种锂
‑
二氧化碳电池正极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂
‑
二氧化碳电池
，具体涉及一种锂
‑
二氧化碳电池正极及其制备方法。

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。以锂金属作为负极、二氧化碳为正极的锂
‑
二氧化碳(Li
‑
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。
[0003]锂
‑
二氧化碳电池因其高放电电压(～2.8V)和基于Li
‑
CO2系统的理论高能量密度1876Wh kg
‑1而脱颖而出。但遗憾的是，锂
‑
二氧化碳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，使得锂
‑
二氧化碳电池(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，提高锂
‑
二氧化碳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锂
‑
二氧化碳电池正极及其制备方法，提供丰富的反应位点和较短的离子扩散路径，为放电产物提供了更多的堆积空间，提升锂
‑
二氧化碳电池的放电容量。
[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锂
‑
二氧化碳电池正极的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)先将碳布热处理，然后用丙酮和水分别进行超声洗涤，再将碳布然后放入过硫酸钾和硫酸溶液中浸泡，最后用水超声洗涤，再烘干，得到亲水处理后的碳布；
[0008](2)将一水合乙酸铜、四水合乙酸钴和硫脲加入到水与乙二醇混合物中，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、烘干后即为锂
‑
二氧化碳电池正极。
[0010]作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，先将碳布400℃热处理20分钟，然后用丙酮和水分别进行超声洗涤1h，再将碳布然后放入5％过硫酸钾和10％硫酸溶液中80℃下浸泡8h，最后用水超声洗涤，再烘干，得到亲水处理后的碳布。
[0011]作为优选的技术方案，所述步骤(2)中，一水合乙酸铜、四水合乙酸钴和硫脲的摩尔比为1:2:4，水与乙二醇的体积比为1:1。
[0012]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200℃，时间持
续20h。
[0013]本专利技术公开了上述制备方法制备的锂
‑
二氧化碳电池正极，在亲水处理后的碳布上原位生成CuCo2S4纳米片。
[0014]作为优选的技术方案，CuCo2S4纳米片在碳布上的质量负载0.8～1.0mg cm
‑2。
[0015]本专利技术的有益效果：
[0016](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。
[0017](2)CuCo2S4的纳米片形貌提供了高比表面积，提供丰富的反应位点和较短的离子扩散路径。
[0018](3)本专利技术的正极材料构建了三维传输离子和气体的传输通道，为放电产物提供了更多的堆积空间，同时有利于放电产物可逆的生成和分解，锂
‑
二氧化碳电池表现出高放电容量。
附图说明
[0019]图1为实施例1所制备的锂
‑
二氧化碳电池正极的扫描电镜图。
[0020]图2为实施例1所制备的锂
‑
二氧化碳电池的比容量
‑
电压曲线。
[0021]图3为实施例2所制备的锂
‑
二氧化碳电池的比容量
‑
电压曲线。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]实施例1
[0024](1)先将碳布400℃热处理20分钟，然后用丙酮和水分别进行超声洗涤1h，再将碳布然后放入5％过硫酸钾和10％硫酸溶液中80℃下浸泡8h，最后用水超声洗涤3次，每次洗涤时间10min，再80℃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；
[0025](2)将2mmol一水合乙酸铜、4mmol四水合乙酸钴和8mmol硫脲加入到水与乙二醇体积比为1:1的混合物中，搅拌形成均相溶液；
[0026](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200℃反应20h；反应后冷却到室温，得到的材料洗涤、烘干后即为锂
‑
二氧化碳电池正极。
[0027]锂
‑
二氧化碳电池正极的扫描电镜图如图1所示，从中可见，在亲水处理后的碳布上原位生成了CuCo2S4纳米片，CuCo2S4纳米片在碳布上的质量负载0.8～1.0mg cm
‑2。
[0028]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，水和氧气含量低于0.1PPM，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，带孔的正极壳(CR2032型)，在液压封装机上完成锂
‑
二氧化碳电池组装。
[0029]锂
‑
二氧化碳电池组装完成后，转移至密封的测试箱中，随后在测试箱中以一定流速持续通入高纯CO
2 30分钟，并在25℃恒温箱中稳定12h，以保证电池处于稳定CO2氛围，然后连接好线路，利用LAND
‑
CT2001A电池测试系统在恒温下进行特定电流的全放电。在CO2和
Ar的气氛下20μA cm
‑2的电流密度下进行全放电性能测试，电化学测试结果如图2所示，当截止电压为2.0V时,锂
‑
二氧化碳电池的放电容量为1577.2μAh cm
‑2。
[0030]实施例2
[0031]实施例2与实施例1的区别仅在于：锂
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂
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二氧化碳电池正极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)先将碳布热处理，然后用丙酮和水分别进行超声洗涤，再将碳布然后放入过硫酸钾和硫酸溶液中浸泡，最后用水超声洗涤，再烘干，得到亲水处理后的碳布；(2)将一水合乙酸铜、四水合乙酸钴和硫脲加入到水与乙二醇混合物中，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、烘干后即为锂
‑
二氧化碳电池正极。2.根据权利要求1所述的锂
‑
二氧化碳电池正极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，先将碳布400℃热处理20分钟，然后用丙酮和水分别进行超声洗涤1h，再将碳布然后放入5％过硫酸钾和10％硫酸溶液中80℃下浸泡8h...

【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：