[发明专利]一种高效稳定的锌空气电池用双功能电极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种制备用于可充式锌空气电池的正极材料Co@Co_xS_y/NC纳米纤维的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

1）通过静电纺丝法制备聚酰亚胺纳米纤维；

2）对步骤1）的聚酰亚胺纳米纤维进行煅烧处理，制备得到多孔碳纳米纤维，作为前驱体；

3）将步骤2）的前驱体与含钴溶液浸润，原位硫化，制备得到所述Co@Co_xS_y/NC纳米纤维，其中，x0，y0；

所述Co@Co_xS_y/NC纳米纤维中，Co@Co_xS_y纳米颗粒负载在碳纳米纤维表面，所述Co@Co_xS_y纳米颗粒的粒径为20-50 nm，Co元素占所述Co@Co_xS_y/NC纳米纤维的质量份数的0.5-3%；S元素占所述Co@Co_xS_y/NC纳米纤维的质量份数的5-20%；

在步骤3）中，所述原位硫化的温度为700-1000℃，所述原位硫化的时间为2-3小时；所述原位硫化过程的加热速率为3-8℃/min；所述原位硫化结束后采取自然降温和程序降温；

在步骤3）中，钴和碳的摩尔比为3:2-9:1，其中碳是指步骤2）的前驱体；

在步骤3）中，硫粉与步骤2）的前驱体的质量比为1:2-8。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤1）包括如下步骤：

1-1）将4,4' -二氨基二苯醚和同等物质的量的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐溶解于溶剂中，反应，得到纺丝溶液；

1-2）对步骤1-1）的纺丝溶液进行静电纺丝，制备得到聚酰亚胺纳米纤维。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤1-1）中，所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种；所述4,4' -二氨基二苯醚和同等物质的量的3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐在溶液中的固体含量为10-15 wt.%。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，在步骤1-2）中，所述静电纺丝包括如下步骤：将纺丝溶液装入带有针头的注射器中，针头正对着旋转金属收集器进行静电纺丝，保持注射器针头和旋转金属收集器之间的距离为20-22 cm，使用外加电源对注射器针头和旋转金属收集器施加15-20 kV的高压，注射器的推流速率设定为0.2-0.4 mL/h。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤2）包括如下步骤：

2-1）在空气气氛下，将步骤1）的聚酰亚胺纳米纤维升温至250-450℃，保温0.5-3小时；

2-2）在惰性气氛下，继续升温至700-900 ℃，保温60-180分钟，制备得到多孔碳纳米纤维，作为前驱体。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述步骤3）中，所述含钴溶液是钴酸盐的有机溶液，所述钴酸盐是醋酸钴、硝酸钴中的至少一种；所述有机溶液是无水乙醇、甲醇、丙酮中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤3）中，所述浸润的温度为40-80℃；所述浸润的时间为3-9小时。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤3）中，所述原位硫化处理在管式炉中进行，将硫粉和浸润后的负载钴的碳纳米纤维放入瓷舟中，并加盖，置于管式炉中，用抽气泵将管式炉抽成真空状态，鼓入惰性气氛，加热进行原位硫化。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，在步骤3）中，所述原位硫化的过程在瓷舟内部进行，以大瓷舟套小瓷舟的方式盛放硫粉及浸润后的负载钴的碳纳米纤维，其中小瓷舟内放硫粉并且放于上风向，大瓷舟内放浸润后的负载钴的碳纳米纤维，加盖使之封闭。