[发明专利]一种金属空气电池正极材料

说明书

本发明涉及一种金属空气电池正极材料，属于金属空气电池材料技术领域。本发明的金属空气电池正极材料以具有多孔结构的泡沫铜为基体，金属空气电池正极材料上负载有石墨烯和催化剂纳米颗粒，并且具有导电性良好的铜纳米线以及包覆在铜纳米线表面的碳层或氮化钛层。本发明的金属空气电池正极材料具有复合多级纳米结构，有利于放电产物的大量沉积，而高导电的铜基纳米线以及三维骨架网络可以与高催化活性的纳米颗粒产生协同作用，加速放电产物的可逆分解，进而提高锂金属空气电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种金属空气电池正极材料，属于金属空气电池材料技术领域。

背景技术

随着便携式电子设备、电动汽车、储能技术的快速发展，对能源储存系统提出了更高的要求。由于具有较大的理论比能量密度，锂金属空气电池备受关注。锂金属空气电池的负极采用金属锂，正极通常采用多孔型气体扩散层空气电极，正极活性物质为空气中的氧气，极大的减轻了电池整体重量、降低了成本，在未来电动汽车、移动能源领域具有广阔的应用前景。

金属泡沫铜是一种理想的多孔基体材料，本身具有大量连通的孔隙结构和高表面积，利于气体扩散和电解液浸润，因此常被用做气体扩散电极。而锂金属空气电池在工作过程中会发生固-液-气三相反应，放电产物是固态不导电的Li₂O₂、LiO₂，造成上述放电产物不可逆分解和分解不完全，影响锂空气电池的储能效率。并且由于放电产物Li₂O₂在多孔正极上的不断堆积，容易堵塞孔道与活性位点，致使放电过程提早终止，进而导致锂金属空气电池的循环性能差。

因此，设计理想高效的空气正极材料，实现气体(氧气)-固体(电极)-液体(电解液)三相界面的有机结合，加速放电产物可逆反应动力学过程，是提高电池储能效率和循环使用寿命的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属空气电池正极材料，可用于解决目前锂金属空气电池在使用过程中由于放电产物Li₂O₂在多孔正极上的不断堆积、易堵塞孔道与活性位点而导致锂金属空气电池的循环性能差的问题。

为了实现上述目的，本发明的金属空气电池正极材料所采用的技术方案为：

一种金属空气电池正极材料，由包括以下步骤的方法制得：

(1)在氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜的氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料或非晶氧化钛，得到包覆材料；所述氢氧化铜纳米线修饰的泡沫铜是在泡沫铜上原位生成氢氧化铜纳米线得到的；

(2)当氢氧化铜纳米线表面包覆树脂材料时，将包覆材料在还原气氛中进行加热处理以将氢氧化铜还原为铜并将树脂材料碳化，得到复合气体扩散电极；当氢氧化铜纳米线表面包覆非晶氧化钛时，先将包覆材料在还原气氛中加热处理将氢氧化铜还原为铜，然后进行氮化处理将含钛化合物转化为氮化钛，得到复合气体扩散电极；

(3)采用化学气相沉积法在复合气体扩散电极的氮化钛层或碳层上沉积石墨烯，得到沉积材料，然后在沉积材料的石墨烯表面负载催化剂纳米颗粒。

本发明的金属空气电池正极材料具有复合多级纳米结构，有利于放电产物的大量沉积，而高导电的铜基纳米线以及三维骨架网络可以与高催化活性的纳米颗粒产生协同作用，加速放电产物的可逆分解，进而提高锂金属空气电池的循环性能。