[发明专利]一种双效催化锂空气电池电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下重量百分比的成分组成：Co基合金团簇55～75%、石墨烯20～40%、热解炭2～5%，所述双效催化锂空气电池电极材料的形貌结构为壳核结构，壳层为热解炭，内核为负载有Co基合金团簇的石墨烯；

所述制备方法，包括以下步骤：

步骤一，配制Co基合金团簇前驱体溶液：将可溶性Co盐和可溶性过渡金属盐加入水中充分溶解，加入表面改性剂，再加入石墨烯分散均匀，得到Co基合金团簇前驱体溶液；

步骤二，合成石墨烯负载Co基合金团簇：将交联剂加入所述Co基合金团簇前驱体溶液中，搅拌，再加入还原剂溶液，搅拌，过滤、洗涤至中性，得到石墨烯负载Co基合金团簇；

步骤三，活化石墨烯负载Co基合金团簇：将碱性活化剂加入水中溶解，加入所述石墨烯负载Co基合金团簇，混合均匀后烘干，微波加热，制成多孔石墨烯负载Co基合金团簇；

步骤四，热解炭包覆多孔石墨烯负载Co基合金团簇：将水溶性酚醛树脂加入水中溶解，再加入所述多孔石墨烯负载Co基合金团簇，搅拌，喷雾热解造粒，制得所述双效催化锂空气电极材料。

2.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述Co基合金团簇由金属Co和过渡金属组成，其中金属Co的质量分数为50～80%，所述过渡金属为Fe、Ni、Mn中的一种或多种的组合；所述石墨烯为多孔结构。

3.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，所述双效催化锂空气电池电极材料的粒度为5～20μm，所述Co基合金团簇粒径5nm。

4.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述可溶性Co盐和可溶性惰性过渡金属盐的加入量为：以可溶性Co盐和过渡金属盐中金属原子计，Co占Co与过渡金属总质量的50～80%；可溶性Co盐、可溶性惰性过渡金属盐与水的质液比为，可溶性Co盐+可溶性惰性过渡金属盐:水=1g：（200～500）mL；表面改性剂加入量为水质量的0.5～3%；按质量比计，石墨烯:Co+过渡金属=20～40:55～75。

5.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述表面改性剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。

6.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述交联剂加入量为石墨烯质量的10～50%；所述还原剂溶液中还原剂的摩尔量为：Co基合金团簇前驱体溶液中Co离子摩尔量与化合价乘积和可溶性惰性过渡金属盐中过渡金属离子摩尔量与化合价乘积之和的2～5倍，所述还原剂溶液中还原剂与水的质液比为1g:（20～100）mL。

7.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述交联剂为海藻酸钠或β-环糊精；所述还原剂为抗坏血酸或柠檬酸钠。

8.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述碱性活化剂的加入量为石墨烯负载Co基合金团簇总质量的3～6倍，所述碱性活化剂为NaOH或KOH；所述碱性活化剂与水的质液比为1g:（10～50）mL，所述烘干温度为100～150℃，烘干时间为6～48h；所述微波加热的温度为600～1000℃，加热时间为0.1～2h。

9.根据权利要求1所述的双效催化锂空气电池电极材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述水溶性酚醛树脂加入量为石墨烯负载Co基合金团簇质量的5～12.5%；所述水溶性酚醛树脂与水的质液比为1g:（20～30）mL，所述喷雾热解造粒的进口温度为180～250℃，出口温度为600～800℃。