[发明专利]一种锂空气电池正极材料制备方法以及锂空气电池

说明书

本发明属于电化学能源领域，尤其涉及一种锂空气电池正极材料制备方法及锂空气电池。利用水热过程制得的Co₃O₄@Ni纳米线阵列具有较大的比表面积，利用低温煅烧的过程造成了纳米线的多孔结构和理想的比表面，增大了电解液与电极的接触面积，为ORR和OER过程提供了更多的反应活性位点。浸泡处理之后，纳米线表面变粗糙，粗糙的表面使得纳米线的比表面积有所增大，提供了更多放电产物的存储空间。且浸泡之后，Co₃O₄被还原，氧空位和表面缺陷增多，催化活性位点增多，利于促进催化剂表面弱晶型薄膜状放电产物的可逆形成与分解，使得锂空气电池的整体性能明显提升。

技术领域

本发明属于电化学能源领域，尤其涉及一种锂空气电池正极材料制备方法及锂空气电池。

背景技术

锂空气电池具有超高的能量密度，是锂离子电池的6-9倍，几乎与传统化石燃料汽油相当，有望成为新型电动汽车的主要动力来源，因此成为国内外的研究热点。

锂空气电池采用金属锂作为负极，多孔扩散层为空气正极，在放电过程中将锂和氧气的化学能转变成电能，并且在充电的过程中通过分解放电产物(非水体系的Li₂O₂和水体系中的LiOH)来存储电能。由于放电产物的不可溶性和绝缘性导致其不可逆分解和分解不完全，最终导致较差的可逆性和循环稳定性。

在锂空气电池中，碳材料由于具有导电性高、氧吸附能力强、氧还原活性好、成本低等特性而广泛用作正极材料的制备，常见的有炭黑、介孔碳、碳纳米管、碳纤维及石墨烯等。然而，碳材料在放电过程中会促进电解液分解生成Li₂CO₃和LiRCO₃等副产物，充电过程中Li₂CO₃分解会导致充电电压超过4V，同时在超过3.5V时，碳材料也容易分解，从而降低库伦效率影响电池性能。

因此，以金属为基底，过渡金属氧化物作催化剂的自支撑型非碳正极材料逐渐出现在大家的视野。但是，目前的非碳正极材料在减少副产物的同时，过渡金属氧化物较差的导电性又限制了锂空气电池的放电过程，影响电池的整体性能。

发明内容

本发明提供一种锂空气电池正极材料制备方法及锂空气电池，旨在解决现有的锂空气电池非碳正极导电性差，限制了锂空气电池的放电过程，而影响电池的整体性能的问题。

本发明提供的一种锂空气电池正极材料制备方法，所述方法包括：

利用水热反应在泡沫镍基底上生长Co₃O₄前驱体；

对所述Co₃O₄前驱体进行煅烧，使所述Co₃O₄前驱体转化为Co₃O₄，获得Ni负载Co₃O₄；

将所述Ni负载Co₃O₄浸泡于NaBH₄溶液中，取出后用去离子水清洗、干燥处理，获得锂空气电池非碳正极材料。

进一步地，在所述利用水热反应在泡沫镍基底上生长Co₃O₄前驱体之前，所述方法还包括：对泡沫镍材料进行预处理，获得所述泡沫镍；具体包括：

将所述泡沫镍材料裁剪成预设尺寸，置入有机溶剂中超声浸泡3-10min，用去离子水冲洗后，置于浓度为1-10mol/L的HCl溶液中超声清洗10-30min，依次用乙醇、水冲洗，干燥处理，获得所述泡沫镍。

进一步地，所述利用水热反应在泡沫镍基底上生长Co₃O₄前驱体具体包括：