一种钴锰氧催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钴锰氧催化剂的制备方法及其在锂空气电池中的应用。所述钴锰氧催化剂通过室温快速溶液搅拌制备而成，具体包括以下步骤：1)将高锰酸钾和硫酸锰溶于水中并混合均匀，室温下进行反应，然后进行抽滤烘干得无定型MnO2粉末；2)将所得无定型MnO2粉末和氯化钴分散于水中，搅拌混合均匀，得混合液I；3)将硼氢化钠与无机碱混合，并溶于水中搅拌均匀，得混合液II；4)将所得混合液II加入混合液I中，在搅拌条件下进行反应，所得产物即为钴锰氧催化剂。本发明专利技术涉及的原料便宜易得，工艺简单易行，产量较大，制备的钴锰氧催化剂呈多孔纳米球状，将其应用于锂空气电池时，表现出优异的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料与电化学器件材料
，具体涉及。
技术介绍
随着石油等不可逆能源的加剧消耗，化学能源体系面临日益严峻的挑战。然而传统锂离子电池的能量密度仍然不能满足日益增长的能源需求，在这种情况下，锂空气电池由于其能量密度远高于锂离子电池，其比能量或能量密度与汽油、柴油的比能量相近，单次充电有望扩展电动汽车行程500km以上，从而引起了广泛的关注。更重要的是，锂空气电池在反应的过程中，不会产生对环境有害的污染物，是一种极具潜力的有望取代锂离子电池的新型储能体系。自从2006年Bruce首次报道了可充电锂空气电池，国外研究者将研发突破性的动力锂电池注意力转向了新的二次锂电池体系(锂-空气电池)。锂空气电池是金属锂为负极，空气电极为正极，外界的氧气为反应物质，在催化剂作用下发生反应的一种电池体系。目前，锂空电池己经成为全球动力电池及储能电池研究的热点和重点。然而，锂空气电池中阴极放电反应生成的过氧化锂难溶于有机电解液，易在多孔空气电极微粒孔道及表面发生沉积。同时，过氧化锂分解反应的反应势皇高，反应较难发生，往往分解不够完全，限制了电池的性能。因此，选择合适的催化剂从而提高锂空气电池的能量效率是非常关键的。催化剂对锂空气电池的影响至关重要，影响着电池的能量效率、功率等性能。一直以来催化剂是锂空气电池的研究重点。同时，催化剂开发的种类也越来越多，目前所研究催化剂最多的是金属氧化物、贵金属、含氮金属化合物等。但是，贵金属的原料成本较高，不利于实际应用，因此进一步探索其他适用于锂空气电池的催化剂，并调控其尺寸、形貌和内部结构，改进其制备工艺和条件，具有重要的应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法所需原料常见易得，且制备工艺简单、反应条件温和、产量大，制得的钴锰氧催化剂应用于制备锂离子电池电极时，表现出优异的电化学性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:—种钴锰氧催化剂的制备方法，它包括以下步骤:1)将高锰酸钾和硫酸锰溶于水中并混合均匀，室温下进行反应，所得产物进行抽滤烘干得无定型Μη02粉末；2)将所得Μη02粉末和氯化钴分散于水中，搅拌混合均匀，得混合液I ;3)将硼氢化钠与无机碱混合，并溶于水中搅拌均匀，得混合液II ;4)将所得混合液II加入混合液I中，在搅拌条件下进行反应，所得产物即为所述的钻猛氧催化剂。上述方案中，步骤1)所述反应时间为5?12h。根据上述方案，所述高锰酸钾和硫酸锰的摩尔比为2:3。根据上述方案，所述无定型Μη02粉末与氯化钴的摩尔比为2:1。根据上述方案，所述无机碱为氢氧化钠或氢氧化钾。根据上述方案，所述硼氢化钠与无机碱的摩尔比为(50?200): 1。根据上述方案，所述步骤4)中的搅拌温度为25?60°C，时间为10?60min。根据上述方案制备的钴锰氧催化剂，它由纳米颗粒堆积而成，尺寸为0.5?1 μπι ;其中纳米颗粒的尺寸为3?5nm。根据上述方案制备的钴锰氧催化剂，将其应用于制备锂离子电池电极，具体包括以下步骤:用有机溶剂(N-甲基吡咯烷酮)将制备的钴锰氧催化剂与粘结剂(聚偏氟乙烯)和碳材料混合，并将混合后的浆体涂在泡沫镍上作为锂空气电池正极，然后在氩气气氛下，组装得锂空气电池。根据上述方案，将本专利技术制备的钴锰氧催化剂应用于锂空气电池，可降低过氧化锂分解反应的反应势皇，提高了锂空气电池的电化学性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:1)本专利技术涉及的原料廉价、易得，使用的硫酸锰和氢氧化钠等为常用药品，没有使用有毒有害的有机表面活性剂和添加剂，安全环保。2)本专利技术制备工艺简单环保，在室温下进行，能耗低。利用硼氢化钠的强还原性，在室温条件下就可以将钴元素掺入到无定型Μη02的晶体结构中，并且对反应容器没有特别的限定，反应安全稳定，重复性高，产量大，满足实际生产应用的要求。3)本专利技术可以通过调节搅拌的温度和原料含量来调控钴锰氧的形貌，制备出多种形貌的钻猛氧。4)将本专利技术制备的钴锰氧催化剂应用于锂空气电池，可降低过氧化锂分解反应的反应势皇，提高了锂空气电池的电化学性能，满足实际生产中对高储能器件的需求。【附图说明】下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中:图1是本专利技术实施例1所得产物的XRD图。图2是本专利技术实施例1所得产物的SEM图。图3是本专利技术实施例1所得锂空气电池的电化学性能图。图4是本专利技术实施例2所得产物的SEM图。图5是本专利技术实施例3所得产物的SEM图。图6是本专利技术实施例4所得产物的SEM图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂均为市售化学试剂。实施例1—种钴锰氧催化剂的制备方法，包括以下步骤:1)将高锰酸钾和硫酸锰以2:3的摩尔比溶于80mL水中并混合均匀，在室温下反应6h，抽滤烘干后得无定形的Μη02粉末；2)将所得无定形胞02粉末和氯化钴以2:1的摩尔比溶解于10mL的水中，搅拌15min，混合均勾得混合液I ;3)将0.02mol的硼氢化钠和0.lmmol氢氧化钠混合，并溶解于10mL的水中，搅拌15min，混合均勾得混合液II ；4)将所得混合液II加入混合液I中，在搅拌条件下进行反应，搅拌温度为25°C，搅拌时间为lOmin，反应完成后，过滤即得最终产物。将本实施例所得产物进行X射线衍射分析(见图1)，结果表明所得产物与目标产物一致，为钴猛氧。扫描电子显微镜分析结果表明，所得产物为多孔的当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钴锰氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将高锰酸钾和硫酸锰溶于水中并混合均匀，室温下进行反应，所得产物进行抽滤烘干得无定型MnO2粉末；2)将所得MnO2粉末和氯化钴分散于水中，搅拌混合均匀，得混合液I；3)将硼氢化钠与无机碱混合，并溶于水中搅拌均匀，得混合液II；4)将所得混合液II加入混合液I中，在搅拌条件下进行反应，所得产物即为所述的钴锰氧催化剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪恩，黄兴，蔡祎，苏宝连，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42