[发明专利]一种锂二氧化碳电池正极催化剂Mn2O3的制备方法

说明书

本发明为一种锂二氧化碳电池正极催化剂Mn₂O₃的制备方法。该方法包括如下步骤：将PVP溶于无水乙醇中，再加入Mn(CH₃COO)₂·4H₂O；在40‑80℃下磁力搅拌并且回流反应，得到白色的沉淀产物，真空干燥后得到粉末状前驱体；再置于管式炉中500‑700℃下保温2‑4小时，得到锂二氧化碳电池正极催化剂Mn₂O₃。所述的锂二氧化碳电池正极催化剂Mn₂O₃用于制备锂二氧化碳电池正极。本发明材料易得，制备过程和工艺简单，成本低廉，环境友好。

技术领域

本发明涉及锂二氧化碳电池正极催化剂的制备方法，更具体地说，是涉及一种可在纯二氧化碳中运行的可充电锂二氧化碳电池正极催化剂的制备方法，属于化学电源及相关领域。

背景技术

随着全球环境污染和能源危机日益严峻，开发清洁高效的储能系统迫在眉睫。一些环保友好和高能量密度的电池系统，如锂离子或锂空气电池，已经发展取代传统的化石燃料。不幸的是，因为锂离子电池的能量限制，不能满足智能电网和电动汽车长途运输的需求。而当前锂空气电池的研究，大部分仅限于纯氧中运行，空气中的其他成分(水蒸气，氮气和二氧化碳等)影响了锂空气电池的发展，尤其，因为二氧化碳的污染，放电产物过氧化锂极易被攻击，最终产物碳酸锂比过氧化锂更稳定，更难分解，从而影响电池的化学性能。然而，在锂二氧化碳电池系统中，温室气体二氧化碳作为反应气体，参与氧化还原反应：实现了能量转化和环境友好的双重作用。因此，探索开发锂二氧化碳电池具有重要意义。

在现有文章中，Archer等(RSC Advances,2013,3：6656-6660)采用导电碳做锂二氧化碳电池正极催化剂，而电池只能在高温下进行一次放电，不可充电。陈立泉等(Energy&Environmental Science,2014,7：677-681)锂二氧化碳电池采用科琴黑作为正极催化剂，电池只能在较小电流密度下进行，循环寿命短，正常状态下只能循环7圈左右。周豪慎等(Energy &Environmental Science,2017,10：972-978)采用Ru@Super P为正极催化剂，而钌是贵金属，成本较高，不适宜推广。

发明内容

本发明的目的是针对当前技术中存在的上述问题，提供一种价格低廉，制作简单，环境友好，二氧化碳氛围中锂二氧化碳电池正极催化剂的制备方法。该方法通过加入 Mn(CH₃COO)₂·4H₂O(四水合醋酸锰)来制成所需前驱体，在合适的烧结温度下烧制成具有较高催化活性的Mn₂O₃，所制得催化剂可以用于一个标准大气压下，室温条件下(25±2℃)的纯二氧化碳氛围中的锂二氧化碳电池正极的制备。本发明材料易得，制备过程和工艺简单，成本低廉，环境友好。

本发明的技术方案为：

一种锂二氧化碳电池正极催化剂Mn₂O₃的制备方法，包括如下步骤：

1)将PVP(聚乙烯吡咯烷酮)溶于无水乙醇中，得到混合溶液1；其中，每50-100ml无水乙醇加入0.5g-1gPVP；

2)再将Mn(CH₃COO)₂·4H₂O(四水合醋酸锰)溶于混合溶液1中，得到混合溶液2；其中，质量比PVP：Mn(CH₃COO)₂·4H₂O＝0.5-1：1-2；

3)将混合溶液2在40-80℃下磁力搅拌并且回流反应3-5h；反应完毕后，自然降至室温，得到白色的沉淀产物；再将所制得沉淀产物用无水乙醇离心洗涤后，50-100℃真空干燥 6-12h，得到粉末状前驱体；