一種鈷錳氧催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料與電化學(xué)器件材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈷錳氧催化劑的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油等不可逆能源的加劇消耗，化學(xué)能源體系面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。然而傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度仍然不能滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，在這種情況下，鋰空氣電池由于其能量密度遠(yuǎn)高于鋰離子電池，其比能量或能量密度與汽油、柴油的比能量相近，單次充電有望擴(kuò)展電動(dòng)汽車行程500km以上，從而引起了廣泛的關(guān)注。更重要的是，鋰空氣電池在反應(yīng)的過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的污染物，是一種極具潛力的有望取代鋰離子電池的新型儲(chǔ)能體系。
[0003]自從2006年Bruce首次報(bào)道了可充電鋰空氣電池，國(guó)外研究者將研發(fā)突破性的動(dòng)力鋰電池注意力轉(zhuǎn)向了新的二次鋰電池體系(鋰-空氣電池)。鋰空氣電池是金屬鋰為負(fù)極，空氣電極為正極，外界的氧氣為反應(yīng)物質(zhì)，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)的一種電池體系。目前，鋰空電池己經(jīng)成為全球動(dòng)力電池及儲(chǔ)能電池研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0004]然而，鋰空氣電池中陰極放電反應(yīng)生成的過(guò)氧化鋰難溶于有機(jī)電解液，易在多孔空氣電極微?？椎兰氨砻姘l(fā)生沉積。同時(shí)，過(guò)氧化鋰分解反應(yīng)的反應(yīng)勢(shì)皇高，反應(yīng)較難發(fā)生，往往分解不夠完全，限制了電池的性能。因此，選擇合適的催化劑從而提高鋰空氣電池的能量效率是非常關(guān)鍵的。
[0005]催化劑對(duì)鋰空氣電池的影響至關(guān)重要，影響著電池的能量效率、功率等性能。一直以來(lái)催化劑是鋰空氣電池的研究重點(diǎn)。同時(shí)，催化劑開(kāi)發(fā)的種類也越來(lái)越多，目前所研究催化劑最多的是金屬氧化物、貴金屬、含氮金屬化合物等。但是，貴金屬的原料成本較高，不利于實(shí)際應(yīng)用，因此進(jìn)一步探索其他適用于鋰空氣電池的催化劑，并調(diào)控其尺寸、形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改進(jìn)其制備工藝和條件，具有重要的應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鈷錳氧催化劑的制備方法，該方法所需原料常見(jiàn)易得，且制備工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)量大，制得的鈷錳氧催化劑應(yīng)用于制備鋰離子電池電極時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]—種鈷錳氧催化劑的制備方法，它包括以下步驟:
[0009]1)將高錳酸鉀和硫酸錳溶于水中并混合均勻，室溫下進(jìn)行反應(yīng)，所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾烘干得無(wú)定型Μη02粉末；
[0010]2)將所得Μη02粉末和氯化鈷分散于水中，攪拌混合均勻，得混合液I ;
[0011]3)將硼氫化鈉與無(wú)機(jī)堿混合，并溶于水中攪拌均勻，得混合液II ;
[0012]4)將所得混合液II加入混合液I中，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，所得產(chǎn)物即為所述的鉆猛氧催化劑。
[0013]上述方案中，步驟1)所述反應(yīng)時(shí)間為5?12h。
[0014]根據(jù)上述方案，所述高錳酸鉀和硫酸錳的摩爾比為2:3。
[0015]根據(jù)上述方案，所述無(wú)定型Μη02粉末與氯化鈷的摩爾比為2:1。
[0016]根據(jù)上述方案，所述無(wú)機(jī)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0017]根據(jù)上述方案，所述硼氫化鈉與無(wú)機(jī)堿的摩爾比為(50?200): 1。
[0018]根據(jù)上述方案，所述步驟4)中的攪拌溫度為25?60°C，時(shí)間為10?60min。
[0019]根據(jù)上述方案制備的鈷錳氧催化劑，它由納米顆粒堆積而成，尺寸為0.5?1 μπι ;其中納米顆粒的尺寸為3?5nm。
[0020]根據(jù)上述方案制備的鈷錳氧催化劑，將其應(yīng)用于制備鋰離子電池電極，具體包括以下步驟:用有機(jī)溶劑(N-甲基吡咯烷酮)將制備的鈷錳氧催化劑與粘結(jié)劑(聚偏氟乙烯)和碳材料混合，并將混合后的漿體涂在泡沫鎳上作為鋰空氣電池正極，然后在氬氣氣氛下，組裝得鋰空氣電池。
[0021]根據(jù)上述方案，將本發(fā)明制備的鈷錳氧催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池，可降低過(guò)氧化鋰分解反應(yīng)的反應(yīng)勢(shì)皇，提高了鋰空氣電池的電化學(xué)性能。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0023]1)本發(fā)明涉及的原料廉價(jià)、易得，使用的硫酸錳和氫氧化鈉等為常用藥品，沒(méi)有使用有毒有害的有機(jī)表面活性劑和添加劑，安全環(huán)保。
[0024]2)本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單環(huán)保，在室溫下進(jìn)行，能耗低。利用硼氫化鈉的強(qiáng)還原性，在室溫條件下就可以將鈷元素?fù)饺氲綗o(wú)定型Μη02的晶體結(jié)構(gòu)中，并且對(duì)反應(yīng)容器沒(méi)有特別的限定，反應(yīng)安全穩(wěn)定，重復(fù)性高，產(chǎn)量大，滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的要求。
[0025]3)本發(fā)明可以通過(guò)調(diào)節(jié)攪拌的溫度和原料含量來(lái)調(diào)控鈷錳氧的形貌，制備出多種形貌的鉆猛氧。
[0026]4)將本發(fā)明制備的鈷錳氧催化劑應(yīng)用于鋰空氣電池，可降低過(guò)氧化鋰分解反應(yīng)的反應(yīng)勢(shì)皇，提高了鋰空氣電池的電化學(xué)性能，滿足實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)高儲(chǔ)能器件的需求。
【附圖說(shuō)明】
[0027]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的XRD圖。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的SEM圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1所得鋰空氣電池的電化學(xué)性能圖。
[0031 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物的SEM圖。
[0032]圖5是本發(fā)明實(shí)施例3所得產(chǎn)物的SEM圖。
[0033]圖6是本發(fā)明實(shí)施例4所得產(chǎn)物的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]以下實(shí)施例中，如無(wú)具體說(shuō)明，采用的試劑均為市售化學(xué)試劑。
[0036]實(shí)施例1
[0037]—種鈷錳氧催化劑的制備方法，包括以下步驟:
[0038]1)將高錳酸鉀和硫酸錳以2:3的摩爾比溶于80mL水中并混合均勻，在室溫下反應(yīng)6h，抽濾烘干后得無(wú)定形的Μη02粉末；
[0039]2)將所得無(wú)定形胞02粉末和氯化鈷以2:1的摩爾比溶解于10mL的水中，攪拌15min，混合均勾得混合液I ;
[0040]3)將0.02mol的硼氫化鈉和0.lmmol氫氧化鈉混合，并溶解于10mL的水中，攪拌15min，混合均勾得混合液II ；
[0041]4)將所得混合液II加入混合液I中，在攪拌條件下進(jìn)行反應(yīng)，攪拌溫度為25°C，攪拌時(shí)間為lOmin，反應(yīng)完成后，過(guò)濾即得最終產(chǎn)物。
[0042]將本實(shí)施例所得產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析(見(jiàn)圖1)，結(jié)果表明所得產(chǎn)物與目標(biāo)產(chǎn)物一致，為鈷猛氧。掃描電子顯微鏡分析結(jié)果表明，所得產(chǎn)物為多孔的