[发明专利]一种用于锂离子空气电池的Co3O4‑Si‑C‑聚苯胺负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子空气负极材料技术领域，具体涉及一种用于锂离子空气电池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺负极材料的制备方法。

背景技术

随着世界人口数量的迅速增长和化学染料的大量消耗，能源短缺和环境污染状况日益严重，人类的生存受到了极大的威胁，寻求可替代新能源技术，目前已经开发的新型可再生能源包括风能、太阳能和潮汐能等，这些能源储存量巨大且环境友好，具有广阔的发展前景，但是这些能源具有难控制的随机性和可变性，因此开发出高效、清洁的储能技术将这些能源利用，将有望解决环境污染和能源危机问题。

锂离子电池与其他电池相比，局域高电压、高比能量、高充放电速率、低自放电率、良好的充放电寿命、小环境污染等优点。锂离子空气电池以轻质金属锂为阳极，以空气中的氧气为阴极活性物质，具有类似染料电池的半开放式结构，氧气来源广泛，密度低，能量密度高，因此锂离子空气电池具有研究价值，锂离子空气电池主要集中在电解质和阴极催化剂，其中空气阴极在没有催化剂时，氧还原和析出反应的动力学十分缓慢，中间产物的活化能较高，电极的计划程度较大，因而充放电电势较大。

目前，锂离子空气电池阴极催化剂主要有碳催化剂、金属氧化物/碳催化剂、贵金属/碳催化剂、贵金属/金属氧化物/碳催化剂等。CO₃O₄是具有应用前景的锂空气电池双功能催化剂，对氧气的还原反应和析氧反应具有较好的催化作用，既可以减小极化、降低电池的充电电压，又可以提高电池的放电平台。中国专利CN 103094559B公开的一种CO₃O₄/C锂离子电池负极材料及其制备方法，是利用硝酸钴和葡萄糖反应，高温处理得到表面包覆薄碳层的CO₃O₄多孔纳米球，该材料制备方法简单，材料的可逆容量高、循环稳定性好、充放电倍率性能好。中国专利CN 102903534B公开的CO₃O₄-Au-MnO₂三维分级异质纳米片阵列超级电容器材料的制备方法，将泡沫镍、DMSO和CO(NO₃)₂作为原料，利用电化学沉积技术制备得到前驱体CO₃O₄纳米片阵列，然后利用等离子体溅射技术在表面蒸镀Au，再利用电化学技术在表面沉积MnO₂，制备得到复合材料，该材料为三维分级异质结构，电化学性能优异。

硅材料的吸引力源可达4200mAh/g的理论容量，自然资源丰富和低工作电压，但是硅在锂离子嵌入/脱出过程中会伴随着巨大的体积膨胀，产生的巨大的应力会引起硅的脱离，因此如何将硅材料添加到CO₃O₄复合材料中，显得十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于锂离子空气电池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺负极材料的制备方法，将Co₃O₄的纳米线结构阵列的表面分别附着硅材料和碳材料，再与聚苯胺研磨形成复合电极材料。本发明制备的复合电极材料比表面积高，比容量高，制备方法更加高效。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于锂离子空气电池的Co₃O₄-Si-C-聚苯胺负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将泡沫镍在浓硝酸中浸泡5min，形成导电集流体；

(2)将步骤(1)制备的导电集流体转移至装有硝酸钴、尿素和氟化铵的混合水溶液的反应釜内，加热至120℃下反应1-5h，冷却至室温，产品洗涤干燥后经高温煅烧制得Co₃O₄的纳米线结构阵列；

(3)将可溶性硅源溶解于含有0.25M的SiCl₄的季铵盐离子液体体系中，将步骤(2)制备的Co₃O₄的纳米线结构阵列作为阴极，以惰性电极为阳极，在50℃下进行恒压电沉积，将电沉积产物经过丙酮清洗分离出离子液体得到含硅层的Co₃O₄材料；