CN107265521A - 一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法，包括步骤：将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以10‑30ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到180‑250℃保温20～24小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在70～80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在650‑700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料。所制得的CoxNiyS纳米材料由多层有序的纳米棱柱形组成的均匀和离散的花状结构，并且花状颗粒的尺寸为2‑5微米，纳米棱柱间为松散的多孔结构。该微观结构给本发明制得的CoxNiyS纳米材料具有大的比表面积，有利于提供有效的催化活性点，提高催化能力。

Description

一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂空电池领域，尤其涉及一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法。
背景技术
随着电动汽车的快速涌现，对提高能源和功率密度的迫切需求，电化学能量存储和转换技术，如电池、燃料电池和超级电容器已经变得越来越强大。锂空气电池由于其预期的高实际比能量密度，理论上，由于氧气作为正极反应物不受限制，相对于其他金属，空气电池，锂空气电池的比能量更高，且污染很小、结构紧凑、质量轻便等竞争优势，近年来受到越来越多的关注。但是，锂空气电池目前并其未实现的其理论比容量/能量密度、速率，目前仍处于发展的早期阶段，其中技术关键的在于催化剂。
使用催化剂有望降低电极过电位，此外还能减少在充放电曲线中观察到的不对称性，增加电池容量。当非水性电解质锂空气二次电池在充电时，催化剂的使用还能有效促进放电时产生的氧化物和过氧化物的分解，改善电池循环性能。常用的锂空气电池的催化剂主要有金属催化剂如Au、Pt、Pd、Ru、Co等。最，用金属作催化剂的锂空气电池可以提供较高的初始放电电容和较高的放电电势，但却没有它们对应的金属氧化物维持电容的时间长。而锂空气二次电池在电动车中应用的主要障碍就是循环寿命问题，对于锂空气二次电池而言，电池的循环使用能力要比其初始性能更重要。所以在这方面，金属氧化物催化剂要比金属催化剂更为有利。
发明内容
本发明针对锂空电池发展的实际需求和现有技术存在的问题，拟提供一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法。
本发明提供了制备用作锂空电池催化剂的CoxNiyS的方法，制备步骤如下：
将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，三者添加的摩尔比0.4-0.1：0.6-0.9：1配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以10-30ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到180-250℃保温20～24小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在70～80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在650-700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料。
所形成的CoxNiyS纳米材料由多层有序的纳米棱柱形组成的均匀和离散的花状结构，并且花状颗粒的尺寸为2-5微米，纳米棱柱间为松散的多孔结构。该微观结构给本发明制得的CoxNiyS纳米材料具有大的比表面积，有利于提供有效的催化活性点，提高催化能力，且多孔纳米材料由于其大量的空隙，没有势垒限制，因此能够快速的进行电子迁移；将其应用于锂空电池中，将会增强电池的倍率性能和循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1制得CoxNiyS纳米复合材料的扫描电镜扫描图.
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，三者添加的摩尔比0.4：0.6：1配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以10ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到180℃保温20小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料，其化学式为Co0.4Ni0.6S。
实施例2
将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，三者添加的摩尔比0.2：0.8：1配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以20ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到200℃保温24小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料，其化学式为Co0.2Ni0.8S。
实施例3
将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，三者添加的摩尔比0.1：0.9：1配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以30ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到250℃保温24小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在70℃下在烘箱中烘干12小时，然后在650℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料，其化学式为Co0.1Ni0.9S。
实施例4
将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，三者添加的摩尔比0.3：0.7：1配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以25ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到250℃保温20小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料，其化学式为Co0.3Ni0.7S。
通过扫描电镜对各实施例制得的CoxNiyS纳米材料进行微观形貌观察，所形成的CoxNiyS纳米材料由多层有序的纳米棱柱形组成的均匀和离散的花状结构，并且花状颗粒的尺寸为2-5微米，纳米棱柱间为松散的多孔结构；如图1为实施例1制得的Co0.4Ni0.6S纳米材料的SEM扫描电镜图。
对各实施例制得的CoxNiyS纳米材料通过二氧化碳的等温吸附和解吸进行比表面积、了、孔体积以及孔径的测试，显示多孔、大比表面积特征，；测试结果显示实施例1制得的Co0.4Ni0.6S纳米材料具有105m2/g的比表面积和0.502cm3/g的孔体积；如下表一为各实施例制得的Co0.4Ni0.6S纳米材料测试的具体数据。本发明制得的CoxNiyS纳米材料由于其松散的多孔微观结构，使其具有大的比表面积，有利于提供有效的催化活性点，提高催化能力，且多孔纳米材料由于其大量的空隙，没有势垒限制，因此能够快速的进行电子迁移；将其应用于锂空电池中，将会增强电池的倍率性能和循环稳定性。
表一
实施例 化学式 比表面积(m2/g) 孔体积(cm3/g)
实施例1 Co0.4Ni0.6S 105.3 0.502
实施例2 Co0.2Ni0.8S 97.2 0.491
实施例3 Co0.1Ni0.9S 106.4 0.515
实施例4 Co0.3Ni0.7S 107.5 0.533
以上所述，将仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN混合溶于去离子水中，配成总金属离子浓度为1mol/L的混合形成前驱体溶液；以10-30ml的十六烷基三甲基溴化铵为助剂，添加到100ml的前驱体溶液中，搅拌约1小时，然后转移到高压釜中，加热到180-250℃保温20～24小时。之后冷却至室温，将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇反复洗涤。之后在70～80℃下在烘箱中烘干12小时，然后在650-700℃下在空气中煅烧4小时；制得CoxNiyS纳米材料。
2.根据权利要求1所述的一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法，其特征在于：
Ni(NO3)2·6H2O、CoCl2·2H2O以及NaSCN三者添加的摩尔比为0.4-0.1：0.6-0.9：1。
3.根据权利要求1或2所述一种用作锂空电池的CoxNiyS纳米材料的制备方法，其特征在于：所述的CoxNiyS纳米材料由多层有序的纳米棱柱形组成的均匀和离散的花状结构，并且花状颗粒的尺寸为2-5微米，纳米棱柱间为松散的多孔结构。
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