【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种长循环寿命二氧化钌/多壁碳纳米管有机锂空气电池用电极材料及其制备方法，属于能源电极材料制备。
技术介绍
1、为了满足电子设备日益增长的需求，锂空气电池因其高能量密度而被认为是最有前途的二次电池之一。锂空气电池的电化学反应机理包括两个过程：放电时生成li2o2的氧还原(orr)和放电产物在充电时分解为li离子和o2的氧析出(oer)。但缓慢的orr和oer动力学带来了许多问题，包括大的充放电过电位、低反应速率和较差的循环稳定性。一般来说，导致电池电化学性能下降的原因可以主要分为两个方面。首先，li2o2不溶性放电产物的储存面积不足，阻碍了反应物质输送通道；其次，li2o2的不完全分解和li2co3等副产物的积累会导致高过电位。为了克服这些障碍，需要一种具有三维(3d)结构和高效催化剂的合理阴极。近年来，由于碳纳米管、还原氧化石墨烯和碳纤维等多种碳材料具有电导率高、比表面积大、易于构建空间结构等优点，被广泛作为框架材料。含碳阴极的锂空气电池具有平坦的放电平台和较高的比容量，说明碳材料具有良好的orr/oer催化性能。然而，由于oer的活动性较差，对纯碳材料来说，完全将放电过程中产生的li2o2分解是困难的，在这个过程中往往会导致高电压。在这种情况下，较大的过电位会导致碳材料和电解质发生分解，进而生成越来越多不可逆的副产物，导致钝化阴极表面，降低电化学性能。因此，寻找一种高效的、能与碳材料很好地配合的oer催化剂至关重要。目前金属基催化剂展示了其优异的催化性能，如金属氧化物、金属氮化物和贵金属被广泛应用于研究oer催
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料及其制备方法，通过水热法将二氧化钌均匀的分散于多壁碳纳米管上，制备过程简便、环保，所得二氧化钌/多壁碳纳米管复合材料具有良好的催化性能，可以有效降低充电电位，提高首次放电容量与循环寿命。
2、第一方面，本专利技术提供一种有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将多壁碳纳米管、钌的水溶性盐和水混合后进行超声处理，得到悬浊液；
4、s2、将所述悬浊液进行水热处理，收集产物；
5、s3、将所述产物进行热处理，得到所述有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料。
6、本专利技术中，术语“有机锂空气电池”是指以有机电解质作为电解质的锂空气电池。
7、上述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，所述二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，以质量百分含量计，所述二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中二氧化钌的负载量为25％～75％，优选50％。
8、上述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，所述多壁碳纳米管和所述钌的水溶性盐的质量比为(1～2)：10，如1：10、1.5：10或2：10；
9、所述钌的水溶性盐可为三氯化钌或其水合物；
10、所述钌的水溶性盐和水的比例可为0.1g：1ml；
11、所述超声处理的功率可为100～1000w，具体可为600w；
12、所述超声处理的时间可为2～3h，具体可为2h。
13、上述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，所述水热处理的温度可为150～170℃，具体可为160℃；
14、所述水热处理的时间可为10～14h，具体可为12h。
15、在本专利技术的具体实施例中，所述水热处理的操作如下：将所述悬浊液置于水热反应釜中，然后置于干燥箱中加热。
16、上述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，所述热处理在真空条件下进行；
17、所述热处理的温度可为70～90℃，具体可为80℃；
18、所述热处理的时间可为6～10h，具体可为8h。
19、在本专利技术的具体实施例中，所述热处理在真空干燥箱中进行。
20、上述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中，步骤s2在所述水热处理后还可包括：对水热处理后的产物进行水洗，收集黑色沉淀；
21、步骤s3在所述热处理后还包括：将热处理得到的产物研磨成粉末。
22、第二方面，本专利技术提供上述任一项所述的制备方法制备得到的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料。
23、第三方面，本专利技术提供所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料在电催化析氧反应或作为有机锂空气电池正极催化剂中的应用。
24、第四方面，本专利技术提供一种有机锂空气电池，包括负极极片、正极极片、隔膜和有机电解液，所述正极极片包括集流体和负载在所述集流体上的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料。
25、上述的有机锂空气电池，所述正极极片的制备可包括如下步骤：
26、将二氧化钌/多壁碳纳米管、粘合剂和分散剂组成的浆料涂覆在碳载体上进行真空干燥，得到所述正极极片。
27、所述粘合剂具体可为聚四氟乙烯ptfe；
28、所述分散剂具体可为n-甲基吡咯烷酮nmp；
29、所述二氧化钌/多壁碳纳米管、所述粘合剂的质量比具体可为9：1；
30、所述集流体具体可为碳纸。
31、上述的有机锂空气电池，所述负极极片具体可为金属锂片；
32、所述隔膜设置于所述正极极片和所述负极极片之间，在本专利技术的具体测试例中，所述隔膜上吸附所述有机电解液；
33、可选地，所述有机电解液包括有机电解质和溶剂。
34、作为实例，所述有机电解质为双三氟甲磺酸亚胺锂(litfsi)；
35、所述溶剂为四乙二醇二甲醚(tegdme)；
36、所述有机电解液的浓度为1.0mol/l。
37、本专利技术具有如下有益效果：
38、与现有技术相比，本专利技术采用水热法将二氧化钌均匀的分散于多壁碳纳米管，能够提高复合材料的导电性，复合材料具有多孔结构，能够为氧气的运输提供通道，二氧化钌分散均匀能够降低因循环过程而发生的团聚，增强复合材料的电化学性能，提高锂空气电池的循环寿命。
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1.一种有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：以质量百分含量计，所述二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中二氧化钌的负载量为25％～75％。
3.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述多壁碳纳米管和所述钌的水溶性盐的质量比为(1～2)：10；
4.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述水热处理的温度为150～170℃；
5.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述热处理在真空条件下进行；
6.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：步骤S2在所述水热处理后还包括：对水热处理后的产物进行水洗，收集黑色沉淀；
7.权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到的有机锂空气电池
8.权利要求7所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料在电催化析氧反应或作为有机锂空气电池正极催化剂中的应用。
9.一种有机锂空气电池，包括负极极片、正极极片、隔膜和有机电解液，其特征在于：所述正极极片包括集流体和负载在所述集流体上的权利要求7所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料。
10.根据权利要求9所述的有机锂空气电池，其特征在于：所述有机电解液包括有机电解质和溶剂。
...【技术特征摘要】
1.一种有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：以质量百分含量计，所述二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料中二氧化钌的负载量为25％～75％。
3.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述多壁碳纳米管和所述钌的水溶性盐的质量比为(1～2)：10；
4.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述水热处理的温度为150～170℃；
5.根据权利要求1或2所述的有机锂空气电池用二氧化钌/多壁碳纳米管复合电极材料，其特征在于：所述热处理在真空条件下进行；
【专利技术属性】
技术研发人员：王双双，张唐虎，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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