一种锂氧电池电极材料及其制备方法与流程

1.本发明属电催化材料领域，涉及一种cowo4纳米纤维材料的制备方法。


背景技术：

2.传统化石燃料为不可再生资源，有限的能源储量使人类面临着前所未有的能源危机。且化石燃料燃烧后释放出大量温室气体及有害气体，这些气体的释放给环境和人类的身健康带来许多负面影响。因此开发新能源已成为一种必然趋势，锂氧电池因为具有超高的理论能量密度而得到了科学工作者的广泛关注。
3.电极材料是提升锂氧电池性能的关键技术，开发具有比容量高、循环稳定性好、倍率性能好的电极材料是研究锂氧电池的重点和难点。过渡金属氧化物因其成本低、理论容量高、易合成等优点，被认为是最有前景由于商业化应用的锂氧电池电极材料之一。cowo4纳米颗粒可为电化学反应提供充足的活性位点，从而大幅度提高锂氧电池容量，而三维网状结构为反应物及产物提供了足够的反应及储存空间，避免了对电极孔道堵塞的问题，从而极大的提高了锂氧电池的电催化性能。cowo4的制备方法主要有共沉淀法、水热法、喷雾热解法等，本发明另辟蹊径，通过静电纺丝法成功制备了cowo4，且cowo4具有纳米纤维结构，这大大提高了其作为锂氧电池电极材料的催化性能。


技术实现要素：

4.本发明在于提供了一种cowo4纳米纤维材料的制备方法。该方法操作简单、成本低廉、安全环保，可进行大规模生产。当其作为锂氧电池的电极材料时，具有高的比容量、循环稳定性和倍率性，可明显提升锂氧电池的电化学性能。
5.本发明提供了静电纺丝在制备cowo4纳米纤维锂氧电池正极材料中的应用。
6.本发明的技术方案是：将聚乙烯吡络烷酮、二甲基甲酰胺、醋酸、乙酸钴、偏钨酸铵、去离子水按一定质量和容积进行配制，充分混合后得到静电纺丝前驱体溶液，将静电纺丝前驱体吸入静电纺丝注射器后进行静电纺丝，将静电纺丝产物进行干燥后置于马弗炉按一定温度和时间进行煅烧，即可制得cowo4纳米纤维。具体实施方案如下：（1）称取1.5g聚乙烯吡络烷酮粉体，将粉体溶解于10ml的二甲基甲酰胺中,磁力搅拌12h后得到均匀澄清的溶液。
7.（2）在（1）所得到的溶液中加入2ml乙酸，搅拌20分钟后加入0.7467g醋酸钴粉体，等醋酸钴粉体在溶液中分散后加入1ml去离子水溶解的0.7387g偏钨酸铵，之后溶液磁力搅拌12h得到静电纺丝前驱液。
8.（3）将静电纺丝前驱液吸入到静电纺丝注射器中，设置静电纺丝电压为13kv，纺丝针头距离滚筒收集器约230mm，纺丝的环境温度为30℃，湿度保持在35% rh，给料速度为1.1ml/h，用铝箔纸覆在滚筒收集器上收集所得到的纤维。
9.（4）将静电纺丝产物置于干燥箱中60℃干燥12h，然后将静电纺丝产物放入马弗炉中进行煅烧，升温速率为2℃/min，在500℃保持3h后即可得到cowo4纳米纤维。
10.步骤（1）中所述聚乙烯吡络烷酮的分子量为130000。
11.步骤（2）中所述钴源、钨源中，钴元素与钨元素的摩尔比为1:1。
12.本发明制备的cowo4纳米纤维材料具有三维网状结构，比表面积大，制备工艺简单，周期短，应用在锂氧电池电极材料时显著提高了电池的容量和循环稳定性。
附图说明
13.图1为实施例1、2、3中cowo4纳米纤维的x射线衍射图谱。
14.图2和图3是实施例1中cowo4纳米纤维分别在1万倍和5万倍的扫描电镜图片。
15.图4为实施例1中制得的cowo4纳米纤维作为锂氧电池电极材料时，在1000mag-1
电流密度下，固定容量为600mahg-1
时的循环性能图。
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
具体实施方式
17.实施例1（1）称取1.5g聚乙烯吡络烷酮粉体，将粉体溶解于10ml的二甲基甲酰胺中，磁力搅拌12h后得到均匀澄清的溶液。
18.（2）在（1）所得到的溶液中加入2ml乙酸，搅拌20分钟后加入0.7467g醋酸钴粉体，等醋酸钴粉体在溶液中分散后加入1ml去离子水溶解的0.7387g偏钨酸铵，之后溶液磁力搅拌12h得到静电纺丝前驱液。
19.（3）将静电纺丝前驱液吸入到静电纺丝注射器中，设置静电纺丝电压为13kv，纺丝的环境温度为30℃，湿度保持在35% rh，给料速度为1.1ml/h，用铝箔纸覆在滚筒收集器上收集所得到的纤维。
20.（4）将静电纺丝产物置于干燥箱中60℃干燥12h，然后将静电纺丝放入马弗炉中进行煅烧，升温速率为2℃/min，在500℃保持3h后即可得到cowo4纳米纤维。
21.实施例2（1）称取1.5g聚乙烯吡络烷酮粉体，将粉体溶解于10ml的二甲基甲酰胺中，磁力搅拌12h后得到均匀澄清的溶液。
22.（2）在（1）所得到的溶液中加入2ml乙酸，搅拌20分钟后加入0.7467g醋酸钴粉体，等醋酸钴粉体在溶液中分散后加入1ml去离子水溶解的0.7387g偏钨酸铵，之后溶液磁力搅拌12h得到静电纺丝前驱液。
23.（3）将静电纺丝前驱液吸入到静电纺丝注射器中，设置静电纺丝电压为13kv，纺丝的环境温度为30℃，湿度保持在35% rh，给料速度为1.1ml/h，用铝箔纸覆在滚筒收集器上收集所得到的纤维。
24.（4）将静电纺丝产物置于干燥箱中60℃干燥12h，然后将静电纺丝放入马弗炉中进行煅烧，升温速率为2℃/min，在600℃保持3h后即可得到cowo4纳米纤维。
25.实施例3（1）称取1.5g聚乙烯吡络烷酮粉体，将粉体溶解于10ml的二甲基甲酰胺中，磁力搅拌12h后得到均匀澄清的溶液。
26.（2）在（1）所得到的溶液中加入2ml乙酸，搅拌20分钟后加入0.7467g醋酸钴粉体，
等醋酸钴粉体在溶液中分散后加入1ml去离子水溶解的0.7387g偏钨酸铵，之后溶液磁力搅拌12h得到静电纺丝前驱液。
27.（3）将静电纺丝前驱液吸入到静电纺丝注射器中，设置静电纺丝电压为13kv，纺丝的环境温度为30℃，湿度保持在35%rh，给料速度为1.1ml/h，用铝箔纸覆在滚筒收集器上收集所得到的纤维。
28.（4）将静电纺丝产物置于干燥箱中60℃干燥12h，然后将静电纺丝放入马弗炉中进行煅烧，升温速率为2℃/min，在700℃保持3h后即可得到cowo4纳米纤维。
29.图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3制备的cowo4的x射线衍射图谱：从衍射图谱上可以看出制备的cowo4各衍射峰与标准卡片的衍射峰相对应，说明本发明成功制备出了cowo4。
30.图2、图3为本发明实施例1 cowo4纳米纤维的扫描电镜图片：从图片上可以看出由纳米颗粒cowo4组成的纳米纤维，该纤维交错纵横，具有明显的三维网状结构，由5万倍扫描电镜图可以看出cowo4纳米纤维直径1.5um，由此说明本发明成功制备出了cowo4纳米纤维。
31.图3为本发明实施例1 制备的cowo4纳米纤维作为锂氧电池电极材料，在1000mag-1
的电流密度下，截容量为600mag-1
时的循环性能图。可以看出cowo4纳米纤维作为锂氧电池电极材料时具有出色的电催化性能，1000mag-1
的电流密度下可以稳定循环150圈。
32.应该说明的是以上实例仅为本发明的优选实例，并不用于限制本发明，电催化领域的技术人员依然可以对上述实例所描述的技术方案进行更改，或对其中的某些部分进行同等置换。凡在本发明的精神和原则之内，对上述技术方案进行的任何修改、同等置换，均应列在本发明的保护范围内。