本發(fā)明涉及電化學能源，具體涉及一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法及其在鋰二氧化碳電池中的應用。

背景技術(shù)：

1、隨著科學技術(shù)進步和社會的發(fā)展，化石燃料的過度使用帶來了嚴重的能源問題和環(huán)境問題，大量的二氧化碳氣體li-co2電池在高能量密度存儲和高效co2固定方面具有廣闊的應用前景。探索具有獨特結(jié)構(gòu)和高催化活性的正極催化劑以及正極是提升其正極反應動力學是未來的首要任務(wù)之一，其中正極結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備對提升li-co2電池性能具有重要影響。

2、由于鋰二氧化碳電池正極發(fā)生電化學反應需要豐富的氣-液-固三相界面，同時需要具備足夠的空隙容納放電產(chǎn)物，因此設(shè)計制備具有上述特點的高孔隙率正極對提升電池性能至關(guān)重要。而co3mo3n正極材料對二氧化碳高吸附能和出色的催化放電產(chǎn)物分解的能力，其作為正極催化劑用于鋰二氧化碳電池時表現(xiàn)出低的過電位和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。本發(fā)明通過靜電紡絲技術(shù)對鋰二氧化碳電池co3mo3n正極極板結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用碳纖維結(jié)構(gòu)增加了氣-液-固三相界面，并提供豐富的催化反應活性位點，同時為容納放電產(chǎn)物提供了沉積空間，提高電池的電化學性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明以co3mo3n正極材料作為活性物質(zhì)，通過靜電紡絲技術(shù)設(shè)計制備鋰二氧化碳電池高孔隙率正極極板。一方面利用co3mo3n正極材料對co2高吸附能和出色的催化放電產(chǎn)物分解的能力，提升鋰二氧化碳電池的熱力學反應特性；另一方面，通過設(shè)計制備豐富孔隙結(jié)構(gòu)的正極極板，進一步降低反應動力學引起的過電位，從而降低充放電電壓極化，獲得高效的電池充放電性能，具有很好的應用潛力。

2、本發(fā)明提供一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法，采用靜電紡絲技術(shù)制備而成，具體包括如下步驟：

3、步驟（1）前驅(qū)體紡絲液的合成：將一定質(zhì)量比的鉬酸鈷和含氮聚合物混合并溶于dmf溶劑中，通過油浴法進行加熱攪拌，得到混合均勻的紡絲液；

4、步驟（2）靜電紡絲膜的合成：所得的混合均勻的紡絲液進行靜電紡絲，紡絲完成后將其放入真空烘箱干燥備用；

5、步驟（3）高孔隙率無粘結(jié)劑鈷鉬雙金屬氮化物正極極板的合成：將干燥后的紡絲膜轉(zhuǎn)移置于惰性氣氛保護的管式爐中，以一定的升溫速率加熱并保溫一定時間，自然降溫至室溫，得到所述無粘結(jié)劑鈷鉬雙金屬氮化物，即所述高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n。

6、進一步，步驟（1）所述含氮化合物為聚吡咯、三聚氰胺或尿素；鉬酸鈷與含氮化合物的質(zhì)量比為1:1~1:10，油浴加熱攪拌時間為10~18小時，油浴反應溫度為60~100°c。

7、進一步，步驟（2）中所述靜電紡絲使用單頭或雙頭注射泵，其參數(shù)設(shè)置為：電壓為15~18?v，注射泵的流速為0.03~0.08?mm?min-1，接收距離為50~100?mm。

8、進一步，步驟（3）中所述的惰性氣氛是氮氣、氦氣、氬氣或氬氫混合氣中的一種或多種；管式爐升溫速率為2~10℃/min，煅燒溫度為400~1000℃，煅燒時間為1~6小時。

9、本發(fā)明提供一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極，采用上述方法制備。

10、本發(fā)明提供一種鋰二氧化碳電池，采用上述的高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極作為電池正極極板，采用金屬鋰作為負極和參比電極；電解液為鋰鹽溶解到有機溶劑中配置而成。

11、進一步，所述鋰鹽濃度為1?m~1.2?m，所述鋰鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二草酸硼酸鋰或二氟草酸硼酸鋰中的一種或幾種，所使用的溶劑為四乙二醇二甲醚或二甲基亞砜。

12、有益效果

13、1.采用含氮聚合物對過渡金屬鈷原子和鉬原子的電子結(jié)構(gòu)進行了調(diào)制，以獲得更高的電導率和對co2的吸附能，從而有利于提升電化學還原co2（co2rr）動力學特性。

14、2.利用靜電紡絲技術(shù)來設(shè)計制備高孔隙無粘結(jié)劑的一體化co3mo3n正極，不僅可以將雙金屬顆粒分散均勻，解決了金屬催化劑顆粒大和容易團聚的問題，而且可以利用交錯復雜的碳纖維結(jié)構(gòu)提供的豐富空隙，增加了催化活性位點。此外，利用方法制備的無粘結(jié)劑正極為一體化成型技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)電池正極極板的可控制備，避免因使用無導電性的粘結(jié)劑對極板導電特性的影響，因而使用該正極能夠更好的分解放電產(chǎn)物。

15、3.本發(fā)明的無粘結(jié)劑co3mo3n正極用作鋰二氧化碳電池正極極板，可高效催化co2的電化學還原反應和其逆反應，有效緩解鋰二氧化碳電池的正極極化，降低充電電壓平臺，提升放電電壓平臺，催化效果顯著。

技術(shù)特征：

1.一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)制備而成，具體的包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述含氮化合物為聚吡咯、三聚氰胺或尿素；鉬酸鈷與含氮化合物的質(zhì)量比為1:1~1:10，油浴加熱攪拌時間為10~18小時，油浴反應溫度為60~100°c。

3.如權(quán)利要求1所述的一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法，其特征在于，步驟（2）中所述靜電紡絲使用單頭或雙頭注射泵，其參數(shù)設(shè)置為：電壓為15~18?v，注射泵的流速為0.03~0.08?mm?min-1,接收距離為50~100?mm。

4.如權(quán)利要求3所述的一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極的制備方法，其特征在于，步驟（3）中所述的惰性氣氛是氮氣、氦氣、氬氣或氬氫混合氣中的一種或多種；管式爐升溫速率為2~10℃/min，煅燒溫度為400~1000℃，煅燒時間為1~6小時。

5.一種高孔隙率無粘結(jié)劑co3mo3n正極，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一所述方法制備。

6.一種鋰二氧化碳電池，其特征在于，采用權(quán)利要求5所述的無粘結(jié)劑co3mo3n正極作為電池正極，采用金屬鋰作為負極和參比電極；電解液為鋰鹽溶解到有機溶劑中配置而成。

7.如權(quán)利要求6所述的一種鋰二氧化碳電池，其特征在于，所述鋰鹽濃度為1?m~1.2?m，所述鋰鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二草酸硼酸鋰或二氟草酸硼酸鋰中的一種或幾種，所使用的溶劑為四乙二醇二甲醚或二甲基亞砜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高孔隙率無粘結(jié)劑Co3Mo3N正極的制備方法及其在鋰二氧化碳電池中的應用。屬于電化學能源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以Co<subgt;3</subgt;Mo<subgt;3</subgt;N材料作為正極活性物質(zhì)，通過設(shè)計并使用無粘結(jié)劑極板的制作方法，制備了鋰二氧化碳電池正極極板，所制備的Co<subgt;3</subgt;Mo<subgt;3</subgt;N極板用作鋰二氧化碳電池正極，獲得了良好的電池性能，顯著降低了充放電電壓極化，具有很好的應用潛力。本發(fā)明提供了Co<subgt;3</subgt;Mo<subgt;3</subgt;N正極極板的設(shè)計與制作，用于鋰二氧化碳電池。

技術(shù)研發(fā)人員：董紅玉,韓佳琪,王智賢,楊炎革,尹艷紅,楊書廷
受保護的技術(shù)使用者：河南師范大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9