[发明专利]多孔碳-Fe3

说明书

本发明涉及一种多孔碳‑Fe₃O₄空气正极材料，其制备方法如下：将硝酸铁、天冬氨酸和NaOH固体溶于去离子水中，获得混合溶液a；将混合溶液a转移至反应釜中进行水热反应，得到带有黄色沉淀物的溶液；对带有黄色沉淀物的溶液进行离心、静置、干燥，得到前体MOF材料；对前体MOF材料进行煅烧，得到多孔碳‑Fe₃O₄纳米材料。一种空气正极材料，包括多孔集流体以及涂覆于多孔集流体上的浆料层，所述浆料层内包含多孔碳‑Fe₃O₄纳米材料。一种锂空气电池，包括空气正极材料。通过水热、煅烧得到的多孔碳‑Fe₃O₄纳米材料具有大比表面积，可以提供更多的催化活性位点，具有较好的催化活性，可以为锂空气电池放电产物的堆积提供更多的空间。

技术领域

本发明涉及电化学能源领域，具体涉及一种多孔碳-Fe₃O₄纳米材料、空气正极材料及锂空气电池。

背景技术

随着科技的日益发展，人们的生活得到了极大的改善。但与此同时，能源和环境问题正在日益剧烈，尤其是化石能源已经日益枯竭，人们迫切需要寻找新的能源来替代。近二十年来，以石墨作为负极的锂离子电池等二次电池得到了巨大的发展，被广泛的应用于便携式电子产品和电动汽车等领域。但以石墨作为负极的锂离子电池能量密度已逐渐接近理论值(300Wh/kg)，已不能满足当前储能市场的逐渐扩大和电动车续航能力的要求，因此，开发更高能量密度的二次电池体系已经日益迫切。

锂空气电池以低的密度，好的电子电导及高的电化学当量，理论容量可以达到3800mAh/g的金属锂作为负极，是现在石墨负极的10倍，其具有极高的理论能量密度(5200Wh kg^-1)而备受关注，是最有望成为新一代电动汽车的动力能源的二次电池之一。因此研究者们纷纷将注意力转向锂空气电池，然而到目前为止，锂空气电池的实际应用仍然面临严峻的挑战，如库仑效率低，倍率性能低和循环寿命短等。为了提高锂空气电池的性能，促进其实用化，研究者们在寻找新型电解质(离子液体、固态电解质等)、保护锂负极和合理的空气正极结构设计方面做出了颇多努力，其中空气正极作为充放电的主要进行场所之一，其结构对锂空气电池的性能影响深远，锂空气电池在放电过程中生成难溶解且绝缘的Li₂O₂、LiOH、Li₂CO₃等产物沉积在空气正极表面，阻塞了氧气和电子的传输路径，导致电池容量衰减。

Mn，Co，Ni，Fe等3d电子过渡金属氧化物在非水体系电解液中对氧还原和氧析出反应展现出良好的催化性能，但过渡金属氧化物的导电性差，导致其用于锂空气电池正极催化材料时会增加电子传输的阻力最终引起电极极化增加，因此寻找一种兼具良好导电性和优良催化活性的催化材料用于空气正极材料，来催化降低充放电的过电位，缓解电解液的分解，缓解正极副反应的发生，缓解阴极钝化，从而提升锂空气电池的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔碳-Fe₃O₄纳米材料、空气正极材料及锂空气电池，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多孔碳-Fe₃O₄纳米材料，其制备方法如下：

S100a、将硝酸铁、天冬氨酸和NaOH固体溶于去离子水中，获得混合溶液a；

S200a、将混合溶液a转移至反应釜中进行水热反应，得到带有黄色沉淀物的溶液；

S300a、对带有黄色沉淀物的溶液进行离心、静置、干燥，得到前体MOF 材料；

S400a、对前体MOF材料进行煅烧，得到多孔碳-Fe₃O₄纳米材料。