[发明专利]溴插层层状Co2+/Co3+氢氧化物在锂空气电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物在锂空气电池中的应用。

背景技术

近年来，随着电子产品的不断发展，对能源储存的要求将远高于过去。锂离子电池由于其较高的质量比容量和体积比容量，在能源储存中发挥着重要的作用。自1991年锂离子电池问世以来，锂离子电池已经成为便携式电子设备电力存储装置。不过，锂离子电池可以存储的最高能量仍然无法满足目前市场的需求。寻找一种循环性能和质量比容量超越锂离子电池的储能装置迫在眉睫。锂空气电池(简称Li-O₂电池)是一个重要的研究方向。

Li-O₂电池采用金属锂作为负极，多孔气体扩散层作为正极，在放电过程中将锂和氧气的化学能转变为电能，并且在电流充电的过程中通过分解锂和氧气的放电产物来存储电能。Li-O₂电池最早由Littauer和Tsai两人在1976年提出，Abraham在1996年将其进一步发展。

Li-O₂电池中，由于锂具有的最低氧化还原电位(-3.03V vs标准氢电极SHE)，与其他所有的金属空气电池相比，锂空气电池具有的最高理论比容量3828mAh g^-1，远高于锂离子电池，具有极大的发展潜力。虽然Li-O₂电池具有非常吸引人们眼球的大容量，但是其也存在电池循环性能差、充放电效率低的问题；研究表明，在Li-O₂电池的正极负载催化剂会显著改善这一状况，大大降低充放电过程中的过电势，并改善其循环性能。

然而目前对正极催化剂的研究主要集中在Pt、Ru、Pd、Ir等贵金属以及部分过渡金属氢氧化物。以Pt、Ru、Pd、Ir等贵金属作为正极催化剂而价格比较昂贵，很难普及。而过渡金属氧化物作为正极催化剂，一般催化性能较差。

因此，本领域亟需一种催化性能好且廉价的Li-O₂电池正极催化剂。

发明内容

发明人通过广泛地研究发现，溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物可以作为锂空气电池的正极催化剂，具有优异的催化性能，并基于此完成了本发明。具体技术方案如下：

本发明首先提供了一种溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物在锂空气电池中的应用，其中，所述溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物作为锂空气电池的正极催化剂。

可选的，其中溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物在锂空气电池的正极中的质量百分含量为30-60％。

可选地，所述溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物通过以下方法制得：

(1)获取前驱物β-Co(OH)₂；

(2)将β-Co(OH)₂与液溴反应，得到溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物。

可选地，步骤(1)具体为：

将二价钴盐在六亚甲基四胺的水溶液中进行反应，获得前驱物β-Co(OH)₂，反应过程中惰性气体保护。

可选地，二价钴盐为六水二氯化钴；反应温度为80-100℃，反应时间为2-5小时。

可选地，步骤(2)具体为：

将β-Co(OH)₂与液溴在有机溶剂中搅拌反应9-20小时，反应温度为20-40℃，反应结束后，过滤、洗涤得到溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物。

可选地，所述有机溶剂为乙腈或四氯化碳。

本发明还提供了一种锂空气电池正极，其中该锂空气电池正极包括溴插层层状Co²⁺/Co³⁺氢氧化物。

可选的，该锂空气电池正极其还包括导电剂及黏结剂。

本发明又提供了一种锂空气电池，其包括前述的锂空气电池正极。