[发明专利]一种锂空气电池用微纳结构正极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂空气电池用微纳结构正极材料，其特征在于：所述正极材料为中空多孔复合纤维，是由金属氮化物催化剂纳米颗粒，与中空构造的长度为微米级的碳纤维载体复合而成；所述碳纤维管壁由多个纳米孔洞构成，且多个纳米孔洞间相互贯通；金属氮化物分散负载在碳纤维管壁表面及其纳米孔洞内。

2.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于：所述的碳纤维外径为20nm～10μm，内外径比为1/4～1/10。

3.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于：碳纤维比表面积为300m²/g～2000m²/g。

4.根据权利要求3所述正极材料，其特征在于：碳纤维管壁中孔径分布为2nm-50nm的纳米孔洞所占整个纳米孔洞的比例20％～60％，催化剂颗粒大小在10nm～100nm之间。

5.根据权利要求1所述正极材料，其特征在于：所述的金属氮化物催化剂包括氮化钼、氮化铁、氮化钒、氮化钛、氮化钴、氮化镍中的一种或几种。

6.权利要求1所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括如下步骤：

(1)将高碳聚合物溶于有机溶剂中，加热搅拌形成聚合物胶体溶液；在溶液中加入金属氮化物催化剂的前驱体，搅拌均匀，获得纺丝原液；

(2)纺丝原液经过静电纺丝得到中空复合原丝；

(3)中空复合原丝经低温预处理，制得热稳定好的碳纤维/催化剂前驱体中空复合纤维；

(4)在含氮气氛下对复合纤维中金属氧化物高温氮化，制得碳纤维/金属氮化物中空复合纤维，然后进一步活化制得微纳结构碳纤维/金属氮化物中空多孔复合纤维。

7.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述的金属氮化物催化剂包括氮化钼、氮化铁、氮化钒、氮化钛、氮化钴、氮化镍中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述的金属氮化物的前驱体包括金属的硝酸盐、铵盐、碳酸盐、硫酸盐、氯盐、金属的有机聚合物中的一种或几种。

9.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述的低温预处理温度为100℃～300℃。

10.根据权利要求6或9所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述的金属氧化物高温氮化过程中氮化温度为500℃～1000℃。

11.根据权利要求10所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：达到所需氮化温度的升温速率1℃/min～10℃/min，保温时间1h～5h，保护气氛为氨气或 氮气+氢气的混合气体。

12.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述的活化方法包括水蒸汽、二氧化碳的物理活化，KOH、H₃PO₄、ZnCl₂的化学活化，或物理-化学联合活化，保护气氛为氮气、氩气中的至少一种。

13.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述聚合物胶体溶液中高碳聚合物重量浓度为0.1％～60％；所述金属氮化物催化剂前驱体盐与高碳聚合物比重为1/100～100/1。

14.根据权利要求6所述的一种锂空气电池用微纳结构正极材料的制备方法，其特征在于：所述高碳聚合物为聚丙烯腈、聚苯胺、聚环氧乙烷、二甲基亚砜、聚苯丙咪唑、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸苯二酯、沥青、丁苯橡胶等高分子聚合物中的一种或几种；所述溶剂为易挥发的二氯甲烷、氯仿、丙酮，不易挥发的甲酸、二甲基甲酞胺、二甲基甲酞胺中的一种或几种。