碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料的应用制造技术

本发明专利技术属于锂氧电池技术领域，具体涉及碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料的应用

【技术实现步骤摘要】
碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料的应用、一种锂氧电池


[0001]本专利技术属于锂氧电池
，具体涉及碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料的应用
、
一种锂氧电池
。

技术介绍

[0002]尽管近年来对锂氧
Li
‑
O2电池进行了大量研究且取得了一定的成果，但由于其充放电的过电势较大，锂氧电池具有较低的库伦效率，导致其循环寿命和放电容量较低
。
锂氧电池的比能量是由氧气在放电还原过程中反应的量决定的，即由氧还原反应
(ORR)
中和锂离子形成的放电产物过氧化锂
(Li2O2)
的数量决定的
。
目前，决定锂氧电池性能的主要因素是电池的正极结构及其催化性能
。
[0003]现有的正极材料通常由催化剂
、
导电剂和连接在多孔导电框架上的粘结剂组成
。
正极材料中的催化剂虽然能够加速锂氧电池的
ORR/OER
过程反应动力学，但是还存在以下缺陷：
(1)
放电产物如过氧化锂
(Li2O2)
会堵塞多孔电极，降低锂氧电池的容量，随着放电产物的形成和积累会引起正极严重钝化，导致电池失效
。(2)
电池放电过程的中间产物如超氧化物
(O2‑
、O
22
‑
、LiO2等
)
会攻击正极碳材料，产生难以分解的不必要副产物，从而大大降低循环效率
。(3)Li2O2的本征绝缘性决定了氧析出反应
OER
的迟滞动力学，过高的充电电压
(>4.5V)
会不可避免地引起电极材料和部分电解质的分解，形成不溶的副产物和杂质气体
(H2O、CO2)
，进而与
Li2O2发生寄生反应，导致库伦效率低
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料的应用
、
一种锂氧电池，以碳负载氧化锌作为锂氧电池正极材料能够减少锂氧电池的电压滞后从而提高锂氧电池的库伦效率
。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了碳负载氧化锌作为锂氧电池正极催化剂的应用，所述碳负载氧化锌的制备方法包括以下步骤：将
MOF
‑5碳化，得到所述碳负载氧化锌；所述碳化的温度为
880
～
920℃。
[0006]优选的，所述碳化的时间为
1.8
～
2.2h。
[0007]优选的，升温至所述碳化所需温度的升温速率为
4.8
～
5.3℃/min。
[0008]优选的，所述碳化在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气或氩气
。
[0009]优选的，所述
MOF
‑5的制备方法包括以下步骤：
[0010]将锌源和对苯二甲酸溶解于有机溶剂中，得到混合溶液；
[0011]将所述混合溶液和三乙胺混合后进行溶剂热反应，得到所述
MOF
‑
5。
[0012]优选的，所述锌源包括二水合醋酸锌；
[0013]所述有机溶剂包括
N,N
‑
二甲基甲酰胺
。
[0014]优选的，所述锌源和对苯二甲酸的质量比为
6.8
～
7.2:2。
[0015]优选的，所述溶剂热反应的温度为
100
～
150℃
，时间为
22
～
26h。
[0016]优选的，所述溶剂热反应伴随搅拌
。
[0017]本专利技术还提供了一种锂氧电池，所述锂氧电池中正极材料的催化剂为碳负载氧化锌；所述碳负载氧化锌的制备方法包括如下步骤：将
MOF
‑5碳化，得到所述碳负载氧化锌
。
[0018]本专利技术提供了碳负载氧化锌作为锂氧电池正极催化剂的应用，所述碳负载氧化锌的制备方法包括以下步骤：将
MOF
‑5碳化，得到所述碳负载氧化锌；所述碳化的温度为
880
～
920℃。
在本专利技术中，所述碳负载氧化锌中的
ZnO
内部具有大量活性电子和空穴，会产生大量的催化位点，可以促进放电产物的分解反应，加速析氧反应
(OER)
，从而减小电压滞后
。
以碳负载氧化锌作为锂氧电池正极催化剂能够使锂氧电池的电压滞后
<1.1V
，且在小电流密度下循环
100
周时
(1000h)
，充电电压始终低于
4.0V
，提高了锂氧电池的库伦效率
。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备得到的
MOF
‑5不同放大倍数下的
SEM
图；
[0020]图2为实施例1制备得到的
MOF
‑5的
XRD
谱图；
[0021]图3为
CM5
‑9在不同放大倍数的
SEM
图；
[0022]图4为
CM5
‑9的
SEM
‑
EDS
图；
[0023]图5为
CM5
‑9的不同放大倍数的
TEM
图；
[0024]图6为
CM5
‑9的
N2吸附
‑
脱附等温线和孔径分布图；
[0025]图7为
CM5
‑9的
XRD
谱图；
[0026]图8为
CM5
‑9的
XPS
谱图；
[0027]图9为
CM5
‑9的
XPS
高分辨率
Zn 2p
图谱；
[0028]图
10
为在截止比容量为
4000mAh g
‑1，电压范围为
2.0
～
4.5V
条件下实施例1制备得到的锂氧电池的首周充放电曲线；
[0029]图
11
为实施例1制备得到的锂氧电池在截止放电比容量为
500mAh g
‑1，电流密度分别为
0.02mAcm
‑2和
0.2mAcm
‑2时的循环曲线；
[0030]图
12
为实施例1制备得到的锂氧电池中
CM5
‑9电极放电后
XPS
高分辨
Li 1s
光谱；
[0031]图
13
为实施例1制备得到的锂氧电池中
CM5
‑9正极上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
碳负载氧化锌作为锂氧电池正极催化剂的应用，其特征在于，所述碳负载氧化锌的制备方法包括以下步骤：将
MOF
‑5碳化，得到所述碳负载氧化锌；所述碳化的温度为
880
～
920℃。2.
根据权利要求1所述应用，其特征在于，所述碳化的时间为
1.8
～
2.2h。3.
根据权利要求1或2所述应用，其特征在于，升温至所述碳化所需温度的升温速率为
4.8
～
5.3℃/min。4.
根据权利要求3所述应用，其特征在于，所述碳化在保护气氛中进行，所述保护气氛包括氮气或氩气
。5.
根据权利要求1所述应用，其特征在于，所述
MOF
‑5的制备方法包括以下步骤：将锌源和对苯二甲酸溶解于有机溶剂中，得到混合溶液；将所述混合溶液和三乙胺混合后进行溶剂热反应，得到所述
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚莹，王美玲，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：