[发明专利]一种铁钴纳米复合物基锂空气电池正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池正极材料的制备方法技术领域，具体涉及一种铁钴纳米复合物基锂空气电池正极材料的制备方法。

背景技术

随着人们对能源的需求量不断增加，煤、石油、天然气的不断枯竭与环境的不断恶化，人们对新能源的研究和开发不断加大。锂空气电池因其超高的理论比能量(11140Wh·kg^-1)和金属锂理想的理论比容量(3860mAh·g^-1)备受研究人员的关注。而锂空气电池的发展仍然面临着许多困难。如：电极结构的不稳定、电解液的不稳定、电池的可逆性效率低、以及电池的能量转化率低、反应动力学低等。鉴于此，寻找对锂空气电池中的氧还原(ORR)和氧析出(OER)反应都有良好催化效果的双功能催化剂显得十分关键。

铁钴纳米复合物(CoFe₂O₄)是一种尖晶石型结构的金属氧化物，已经被证实其具有很好的氧还原和氧析出催化性能、而且资源丰富、成本低等优点。目前报道将纳米CoFe₂O₄复合物作为锂空气电池正极材料催化剂的制备方法有：水热-原位复合法、热分解-液相自组装法、水热法、溶剂热法等。这些制备方法基本都选择将纳米CoFe₂O₄和石墨烯、碳纳米管、碳黑(XC-72)等碳材料进行复合。虽然这些方法都可以将纳米CoFe₂O₄很好的生长在纳米碳材料，但是制备的纳米材料不经过焙烧，几种方法得到的CoFe₂O₄晶格结构无序、易团聚，无序化的晶格结构会在充放电过程中发生严重的体积变化，易堵塞碳材料的空气通道，这些都严重的影响其锂空气电池的电化学性能；溶胶-模板法制备的CoFe₂O₄纳米材料虽然可以很均匀的将纳米线或棒状的CoFe₂O₄分布到模板上，提高CoFe₂O₄的各项性能，但是其制备过程、模板的选择和制备较为复杂，不利于纳米CoFe₂O₄在锂空气电池中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有钴纳米复合物基锂空气电池正极材料的制备方法由于存在纳米CoFe₂O₄在充放电过程中容易出现因晶型结构的无序造成的团聚现象从而影响锂空气电池的性能的技术问题，提供一种铁钴纳米复合物基锂空气电池正极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铁钴纳米复合物基锂空气电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将九水合硝酸铁水溶液和六水合硝酸钴水溶液混合搅拌，并滴加氨水，得到凝胶状悬浮液；(2)将上述凝胶状悬浮液转移到耐酸碱的水热反应釜中进行化学反应，得到沉淀物；(3)将沉淀物反复洗涤至中性，并进行干燥；(4)将干燥后的沉淀物煅烧，得到CoFe₂O₄纳米材料；(5)把科琴黑、CoFe₂O₄纳米材料、粘结剂充分研磨即制得铁钴纳米复合物基锂空气电池正极材料。

所述步骤(1)中九水合硝酸铁水溶液的浓度为1mol/L，确保了纳米CoFe₂O₄中铁元素的用量。

所述步骤(1)中六水合硝酸钴水溶液的浓度为0.5mol/L，确保了纳米CoFe₂O₄中钴元素的用量。

所述步骤(1)中浓度为1mol/L的九水合硝酸铁水溶液与浓度为0.5mol/L的六水合硝酸钴水溶液的体积比为1:1，确保了纳米确保制备出来的纳米CoFe₂O₄中。

所述步骤(1)中氨水的用量为浓度为1mol/L的九水合硝酸铁水溶液和浓度为0.5mol/L的六水合硝酸钴水溶液总量的1/100-1000，从而确保了反应过程平稳，得到氢氧化物共沉淀前驱体。

所述步骤(2)中耐酸碱的水热反应釜为衬有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜，避免了反应过程中对反应器等器皿的腐蚀。

所述步骤(2)中在水热反应釜中进行化学反应的温度为140-200℃，反应时间为10-20小时，优选180℃，可以提高铁钴氧体的晶化过程，15小时可以使反应充分进行、避免浪费。