[发明专利]一种矿物结构晶体在锂空气电池正极催化材料中的应用

说明书

本发明属于锂空气电池技术领域，涉及锂空气电池正极，具体涉及一种矿物结构晶体在锂空气电池正极催化材料中的应用，所述矿物结构晶体为类石榴石结构纳米材料或黑钨矿结构纳米材料，所述类石榴石结构纳米材料为具有类石榴石结构的钼酸盐或钨酸盐，所述黑钨矿结构纳米材料为具有黑钨矿结构的钼酸盐或钨酸盐。本发明将矿物结构晶体作为在锂空气电池正极催化材料，具有简单易制、成本低廉、高催化活性、高电能效率和高循环寿命等优势，同时还能够在空气氛围中稳定运行。

技术领域

本发明属于锂空气电池技术领域，涉及锂空气电池正极，具体涉及一种矿物结构晶体在锂空气电池正极催化材料中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂-空气电池可以提供几乎是最先进的锂离子电池3～4倍的理论比能量。与大多数必须同时包含正极和负极的其他电池不同，非水锂空气电池的正极活性材料(氧)不存储在电池中。相反，氧来自空气环境，并通过空气负极中的催化位置还原。但是同样面临着催化剂催化活性有限导致的电能效率低，电解液不稳定导致的寿命短，以及使用金属锂作为阳极带来的安全问题。

据发明人研究了解，到目前为止，这类系统主要限于纯氧环境(锂氧电池)或压力容器，或者通过利用设计锂阳极保护、氧选择膜、电解液替代方案等方式在空气环境中运行，但是这些解决方案大多有成本高、结构复杂、工艺繁琐和条件单一等问题。此外，在空气环境中由于涉及正极、负极和电解液的副反应，循环寿命有限。在存在氮、二氧化碳和水蒸气的情况下，这些副反应可能变得更加复杂。此外，由于需要储存氧气，锂-氧系统的体积能量密度可能太小，不适合实际应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种矿物结构晶体在锂空气电池正极催化材料中的应用，本发明将矿物结构晶体作为在锂空气电池正极催化材料，具有简单易制、成本低廉、高催化活性、高电能效率和高循环寿命等优势，同时还能够在空气氛围中稳定运行。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种矿物结构晶体在锂空气电池正极催化材料和/或锂氧气正极催化材料中的应用，所述矿物结构晶体为类石榴石结构纳米材料或黑钨矿结构纳米材料，所述类石榴石结构纳米材料为具有类石榴石结构的钼酸盐或钨酸盐(例如Fe₂(MoO₄)₃、Cr₂(MoO₄)₃、Al₂(MoO₄)₃、Cr₂(WO₄)₃、Ga₂(WO₄)₃、In₂(WO₄)₃等)，所述黑钨矿结构纳米材料为具有黑钨矿结构的钼酸盐或钨酸盐(CoMoO₄、CaWO₄或NiMoO₄等)。

上述矿物结构晶体为纳米量级，具有较大的比表面积和高电导率，研究表明，上述纳米级矿物结构晶体在空气气氛中表现出良好的循环性能，且该材料在无水的空气气氛中能够大大提升循环性能。同时原料廉价易得，制备方法简便，产率高。

同时，矿物结构晶体的制备方法影响其微观结构，从而影响其催化性能，为了进一步提高催化性能，进一步地，所述矿物结构晶体的制备方法包括如下步骤：

将聚乙烯吡咯烷酮溶解并添加乙酸，获得混合溶液；

将制备矿物结构晶体的原料溶解后添加至所述混合溶液中，反应获得前驱体溶液；

将前驱体溶液进行静电纺丝获得纳米纤维；

在空气气氛中，将纳米纤维煅烧，即得。