CN108736026A - 具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，使用具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍由于具有较大的比表面积及稳定的微观结构，为反应提供了较多的催化活性位点，有效的促进了反应的顺利进行，也大大改善了氧气的扩散性能，并为放电产物的存储提供了足够的空间，有效的改善了ORR过程引起的严重体积膨胀问题，该材料用于锂氧电池催化剂，可以提高电池的放电比容量、改善电池的可逆性能以及稳定性等。

Description

具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用
技术领域
本发明属于锂氧电池正极催化剂技术领域，具体涉及具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用。
背景技术
锂氧电池作为一种新型的能量存储装置，是利用氧气作为正极活性物质，有机物作电解液，理论能量密度可以达到5200Wh/kg，与现有的锂离子电池相比有着较大的优势，这一优异的性能使其具有较大的发展潜力。迄今为止，很多科学家对锂氧电池投入了大量的研究，并在催化剂以及电解液方面取得了一定的进展，但尽管如此，锂氧电池仍处于初步发展阶段，尤其寻找廉价有效的催化剂严重制约了锂氧电池的实用化进程的发展。
正极是非水体系锂氧电池的重要组成部分，这是因为它不仅贡献着电池的能量密度，而且直接影响着电池的输出电压和输出功率。锂氧电池正极主要由集流体、扩散层和催化层构成，其中催化剂的主要作用是为氧气的氧化和还原提供反应的场所，并为氧气的扩散提供良好的通道。公开号为CN104692468A的专利公开了以六水合硝酸镍为原料，以水热法合成一系列Ni(OH)2前驱体，再将前驱体通过煅烧合成具有套层空心球结构的纳米氧化镍材料，然而该专利文献并没有公开制得具有套层空心球结构的纳米氧化镍材料作为锂氧电池正极催化剂的应用。
发明内容
本发明的目的是提供了具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂具有优异的OER催化性能和较好的ORR性能，采用纳米氧化镍材料作为锂氧电池正极催化剂取得了较好的使用性能。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案，具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，其特征在于具体过程为：将具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂和粘接剂聚偏氟乙烯混合研磨均匀后加入N-甲基-2-吡咯烷酮调制成浆料，再将浆料均匀涂覆于泡沫镍集流体上，在真空干燥箱中于60℃干燥24h后裁剪制得锂氧电池正极极片。
进一步限定，所述具有分级结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂与和粘接剂聚偏氟乙烯的质量比为8:1:1。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明使用的具有套层空心球结构纳米氧化镍材料以及具有花状结构纳米氧化镍材料由于拥有较多的空隙，能为放电产物提供有效的存储空间，不至于放电产物的堵塞而导致放电结束；
2、本发明使用的具有套层空心球结构纳米氧化镍材料以及具有花状结构纳米氧化镍材料由于具有较大的比表面积，为反应提供较多的活性位点，有效的提高催化剂的催化效率，并保证了反应的顺利进行；
3、本发明使用的具有套层空心球结构纳米氧化镍材料以及具有花状结构纳米氧化镍材料中的镍离子对多电子氧具有择优吸附的作用，合成氧化镍材料的颗粒粒径小，表面原子数多，表面的原子配位处于不饱和状态，从而形成较多的不饱和键以及悬挂键等，使得氧化镍具有较高的表面活性。
本发明的实验表明具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍具有优异的OER催化性能和较好的ORR性能，而采用具有套层空心球结构纳米氧化镍材料以及具有花状结构纳米氧化镍材料作为锂氧电池正极催化剂具有较好的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制得纳米氧化镍的SEM图；
图2是实施例1制得纳米氧化镍的TEM图；
图3是实施例1制得锂氧电池正极极片的电性能曲线；
图4是实施例2制得锂氧电池正极极片的电性能曲线；
图5是实施例3制得锂氧电池正极极片的电性能曲线；
图6是实施例4制得纳米氧化镍的SEM图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
1、具有套层空心球结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂，电极制备过程如下：
步骤一、依据公开号为CN104692468A的专利所记载的方法，以六水合硝酸镍为原料，以水热法合成Ni(OH)2前驱体，再通过煅烧合成具有套层空心球结构的纳米氧化镍，将制得的具有套层空心球结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂和粘接剂聚偏氟乙烯按质量比8:1:1的比例混合研磨均匀后加入N-甲基-2-吡咯烷酮调制成浆料，再将浆料均匀涂覆于泡沫镍集流体上，在真空干燥箱中于60℃干燥过夜。
步骤二、用裁剪机将制得的极片切成圆片后称重即制得锂氧电池正极极片。
2、电性能测试过程如下：
步骤三、将制得的锂氧电池正极极片在氩气环境的手套箱中，以锂片为负极、LiCF3SO3为锂盐及TEGDME为电解液，制得扣式电池。
步骤四、将扣式电池置于高纯氧环境中，连接蓝电装置进行恒流电性能测试。
实施例2
1、具有套层空心球结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂，电极制备过程的步骤一和步骤二均同实施例1。
2、电性能测试过程如下：
步骤三、将制得的锂氧电池正极极片在氩气环境的手套箱中，以锂片为负极、LiTFSI为锂盐及TEGDME为电解液，制得扣式电池。
步骤四同实施例1步骤四。
实施例3
1、具有套层空心球结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂，电极制备过程的步骤一和步骤二同实施例1。
2、电性能测试过程如下：
步骤三、将制得的锂氧电池正极极片在氩气环境的手套箱中，以锂片为负极、LiPF6为锂盐及TEGDME为电解液，制得扣式电池。
步骤四同实施例1步骤四。
实施例4
1、具有花状结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂，电极制备过程如下：
步骤一、将2.5mmol NiCl2·6H2O溶解于40mL去离子水中，加入2.5mL氨水，溶液澄清后加入8mmol尿素，搅拌2h后将溶液转移到80mL聚四氟乙烯反应釜内于120℃水热反应12h，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇清洗三次，于80℃真空干燥6h，将烘干的样品放入管式炉中在空气气氛中于500℃煅烧2h，制得具有花状结构的纳米氧化镍，将制得的具有花状结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂和粘接剂聚偏氟乙烯按质量比8:1:1的比例混合研磨均匀后加入N-甲基-2-吡咯烷酮调制成浆料，再将浆料均匀涂覆于泡沫镍集流体上，在真空干燥箱中于60℃干燥过夜。
步骤二、用裁剪机将制得的极片切成圆片后称重即制得锂氧电池正极极片。
2、电性能测试过程如下：
步骤三、将制得的锂氧电池正极极片在氩气环境的手套箱中，以锂片为负极、LiCF3SO3为锂盐及TEGDME为电解液，制得扣式电池。
步骤四、将扣式电池置于高纯氧环境中，连接蓝电装置进行恒流电性能测试。
本发明使用具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍由于具有较大的比表面积及稳定的微观结构，为反应提供了较多的催化活性位点，有效的促进了反应的顺利进行，也大大改善了氧气的扩散性能，并为放电产物的存储提供了足够的空间，有效的改善了ORR过程引起的严重体积膨胀问题，该材料用于锂氧电池催化剂，可以提高电池的放电比容量、改善电池的可逆性能以及稳定性等。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，其中具有分级结构的纳米氧化镍为具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍。
2.如权利要求1所述的具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，其特征在于具体过程为：将具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂和粘接剂聚偏氟乙烯混合研磨均匀后加入N-甲基-2-吡咯烷酮调制成浆料，再将浆料均匀涂覆于泡沫镍集流体上，在真空干燥箱中于60℃干燥24h后裁剪制得锂氧电池正极极片。
3.如权利要求2所述的具有分级结构的纳米氧化镍作为锂氧电池正极催化剂的应用，其特征在于：所述具有套层空心球结构或花状结构的纳米氧化镍、碳黑导电剂与和粘接剂聚偏氟乙烯的质量比为8:1:1。
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