[发明专利]一种催化剂材料的制备方法及其制备锂空气电池空气极的方法

说明书

本发明涉及一种催化剂材料的制备方法及其制备锂空气电池空气极的方法，锂空气电池在实用化之前还需要解决的问题之一就是空气极的问题.在空气极没有催化剂时,氧被还原的速率过慢，充放电效率很低。本发明运用水热法合成出CeO_2‑x，该催化剂材料比表面积大，表面含有大量的氧空位有利于空气与电子的传递，用于空气极能很好地解决循环性能差以及充放电效率差的问题。而锂空气电池空气极采用涂覆的方法制备，叫CeO_2‑x，石墨碳和胶黏剂按(3～6):(6～15)：1或(5～10):(8～16):1的比例混合得到空气极电极片。本发明采用CeO_2‑x作为催化剂材料的锂空气电池，循环性能大幅提高，充放电效率也显著增强。

技术领域

本发明涉及化学电源领域，尤其涉及一种催化剂材料的制备方法及其制备锂空气电池空气极的方法。

背景技术

随着化石燃料的大量消耗,全球环境污染和能源短缺状况日益严重,开发高效、清洁、实用的储能技术,将风能、太阳能、潮汐能等绿色可再生能源加以利用迫在眉睫.锂空气电池是以金属锂或其合金为阳极,以空气中的氧气为阴极活性物质,介于燃料电池和锂电池之间的一种新一代高性能绿色二次电池.由于氧气不储存于电池内部,且金属锂的化学当量(3860mAh/g)很高,因此锂空气电池的理论比能量高达11140Wh/kg,是锂离子电池的6～9倍,而且价格较低、对环境友好.所以,若能将这种新型高比能量电池实用化,将有助于缓解人类目前面临的环境污染和能源危机问题。锂空气电池在实用化之前还需要解决的问题之一就是空气极的问题.在空气极没有催化剂时,氧被还原的速率过慢，充放电效率很低。因此筛选出优异的催化剂加入到空气极是相当重要的工作。

发明内容

本发明的主要目的是提供高效的催化剂运用到锂空气电池空气极，锂空气电池空气极以CeO_2-X为催化剂，CeO_2-X表面有大量的氧空位，有利于反应的空气与电子的传递，提高电池的循环性能以及电池的充放电效率。

一种催化剂材料的制备方法，其特征在于，通过水热法合成制得，分子式为CeO_2-X，具体包括：

步骤1、称取质量分数为98.5～99.95％的六水合硝酸铈固体溶于水中，搅拌均匀后逐滴加入到已经准备好的氢氧化钠溶液中，其中六水合硝酸铈固体与氢氧化钠的固体质量比为8.5～9.0:1；最后得到淡黄色溶液，并在磁力搅拌器上搅拌1～1.5小时，搅拌速度为70～120转/ 分钟。

步骤2、将步骤1所述溶液放入180℃烘箱中反应24～48小时，反应完成后加入乙醇离心，然后用水离心,离心速度在8000～1000转 /分钟；最后在60℃烘箱中烘干，得到固体。

步骤3、将所得固体放入350～450℃的管式炉中反应，反应4～6 小时，反应过程中进行纯氧保护。反应后自然冷却，得到催化剂材料 CeO_2-X。

作为优选，所述步骤1中，六水合硝酸铈与水的质量比为1:14～15，所述氢氧化钠溶液为质量含氢氧化钠的水溶液，其中氢氧化钠与水的质量比为1：2～2.5。

作为优选，所述步骤2中，所述加入的乙醇为无水乙醇，纯度在 99.5～100％，体积在10～15mL/次。

作为优选，所述步骤3中，通入纯氧的速率控制在1～2mL/分钟.

一种催化剂材料制备锂空气电池空气极的方法，其特征在于，包括：

步骤1、将CeO_2-X，石墨碳和胶黏剂按质量比(3～6):(6～15)：1的比例混合，在空气中研磨均匀。

步骤2、将步骤1的到的混合物分散到事先准备好的N,N-二甲基吡咯烷酮溶液中，超声30～60分钟，得到了均匀混合的悬浊液。

步骤3、将步骤2所得的液体均匀的涂在集流体上；