本發明專利技術公開了一種氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料制備方法。該方法首先通過電化學陽極氧化法使氟摻雜的多孔氧化鎳納米材料原位生長在鎳基底上面，然后在上述多孔材料表面用電沉積的方法負載鋰空氣電池活性材料，通過煅燒獲得氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料。本發明專利技術提出的利用電化學陽極氧化和電沉積相結合的制備活性物質負載的多孔金屬氧化物納米材料不僅為合成金屬氧化物納米材料提供一條嶄新的途徑同時也為復合材料領域提供了創新性的合成路線，同時所制備的多孔氧化物納米材料具有良好的氧化還原催化活性，在鋰空氣電池和清潔綠色能源領域有著廣泛的應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術一種氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料制備，屬于電化學正極催化材料及金屬氧化物納米材料領域，具體涉及一種使用陽極氧化法和電沉積的電化學方法制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料。
技術介紹
隨著當今社會的高速發展，現有能源的使用范圍越來越廣，然而由于化石燃料產生的有害氣體，對環境產生很大的副作用，與此同時，化石能源的匱乏導致其不能滿足人們當前日益增長的能源需求。因此，尋找一種新型清潔能源以代替化石能源是解決這一問題最為有效的途徑之一。鋰離子電池使用的是高當量的層間化合物做電極材料，而與此不同的是鋰空氣電極使用的是低當量的金屬做負極，質量輕而且多孔的碳基材料做正極。鋰空氣電池相比于傳統電池的優勢主要包括高理論能量密度以及低成本且參與陰極反應的氧氣不儲存在電池中，而是來自于外界空氣，從而可以保證其陰極有源源不斷的氧氣供給電池內部，以進行氧化還原反應之用，并且氧氣不儲存在電池中使得電池具有更高的安全性。在所有電池中鋰空氣電池無疑是最吸引人們關注的，鋰空氣電池系統具有更高的理論能量密度可以提供最好電位在大多數新興的應用中來滿足對電量存儲方面最具挑戰的需求。因此，鋰空氣電池是有巨大潛力的新型清潔能源之一。然而要成功開發出商業上可行的鋰空氣電池關鍵還是依賴于生產高效率可逆性能好的空氣電極。因此，電極材料作為上述器件的重要組成部分，是決定器件品質的關鍵。對于優異的電極材料往往需要具備三個重要因素：高比表面積，高導電性以及良好的穩定性能。為了滿足上述電極材料的要求，人們進行了大量的研究，并發現納米材料在作為電池電極的應用上有獨特優勢。尤其是金屬氧化物納米材料具有高度有序的空間結構及納米材料特殊的物化性能，作為電極材料具有獨特的結構和動力學優勢。實現金屬氧化物納米材料的可控制備是其實際應用的基礎。盡管巨大的表面積可以提供更多的反應位點，并提高反應速率，但是，大部分高比表面積，高導電性且穩定的納米材料多為粉體材料，使用時往往需要壓制在固體表面并使用粘結劑使表面處連接更加穩固，這不僅會影響納米材料本身的導電性能，并且會使其損失大量比表面積，從而降低了材料性能，使制備過程更加繁瑣。為了解決上述問題，本專利技術直接在金屬鎳基體上原位生長具有高比較面積的氧化鎳活性材料。基底材料通常使用金屬鎳或者金屬鈦，但是金屬鈦在電化學反應中導電性不佳，用于電極材料會降低反應過程的電子傳輸速率，因此使用鎳作為鋰空氣電池的電極材料正在受到越來越多的關注。但是，目前對鎳基納米材料作為鋰空氣電池正極材料的方法仍然很少，并且本專利技術開創性的使用陽極氧化法制備摻雜氟的氧化鎳納米多孔材料，且又使用電沉積的方法負載了鋰空氣電池反應的活性物質，不僅大大提高了電池的雙程效率以及循環壽命，還為鋰空氣電池工業化發展提供了創新性的方向。
技術實現思路
本專利技術一種氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法目的在于：為了解決上述鋰空氣正極材料存在的難以解決的問題，從而公開一種利用陽極氧化方法制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法。該方法操作簡單，成本低廉，生長出來的氧化膜不但均勻穩定且對鋰空氣電池氧化還原效率有較大改善，是一種創新性的專利技術。為了解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，包括以下步驟：①鎳片的預處理采用高純鎳箔片為基板，分別用600目、1000目、2000目SiC砂紙打磨，再用0.05um的Al2O3拋光至鏡面亮度，將拋光后的鎳箔片先后放入有機溶劑和去離子水中，分別超聲清洗20分鐘，烘干后備用；②電解液的制備水基電解液的配制：將磷酸與去離子水混合配成摩爾濃度為5mol/L的磷酸溶液，再將NH4F與5mol/LH3PO4混合，配制成含有氫氟酸質量百分數為0.5％的水基電解液；③陽極氧化法制備氟摻雜的多孔金屬氧化鎳納米材料在溫度為40℃水浴恒溫下，以50mv·s-1的電壓增長速率升至6V，并保持恒壓，將預處理后的鎳片做正極，鉑片做負極放入水基電解液中進行陽極氧化1小時，將陽極氧化后的鎳箔片用去離子水清洗后干燥；④氧化還原反應活性物質負載a電解液的配置乙酸鈷溶液配置：向300ml去離子水中加入四水合乙酸鈷和硫酸鈉，使溶液中乙酸鈷的質量分數為7.3％，硫酸鈉質量分數為4.1％。乙酸錳溶液配置：向300ml去離子水中加入四水合乙酸鈷和硫酸鈉，使溶液中乙酸鈷的質量分數為10.6％，硫酸鈉質量分數為2.4％。b用恒流電沉積方法負載活性物質在溫度為室溫20℃下，將陽極氧化后的氟摻雜的多孔金屬氧化材料做負極，鉑做正極，依次在乙酸鈷和乙酸錳溶液中恒流電沉積，所用電流為1-5mA，時間為10-20min。⑤熱處理將④制得的負載有反應活性物質的摻雜氟的多孔氧化鎳納米材料移入馬弗爐，在350-500℃下煅燒2-4小時，然后隨爐冷卻至室溫。所述的一種制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，其特征在于：步驟①中有機溶劑可以為丙酮，甲醇，丙三醇中任意一種。所述的一種制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，其特征在于：步驟④中乙酸鈷、乙酸錳可以為硫酸鈷，硫酸錳。與現有技術相比，本技術方案具有以下優勢：實驗條件簡單，操作簡單，能耗低適宜大規模生產。鎳基氟摻雜氧化鎳多孔材料不僅本身具有優異的導電性能，同時為負載活性材料提供了巨大表面積，而負載的活性物質又提高了鋰空氣電池的雙程效率，增加鋰空氣電池的循環壽命。該方法生長的氧化鎳多孔納米材料在基底上分布均勻，穩定性好。通過該方法制備的氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料電化學氧化還原性能優異，最高性能達到了2A/g，在16A/g的充放電電流密度下循環1000圈之后仍然能保持95.3％，首次創新性的實現了在鋰空氣電池正極材料領域使用鎳做基底的納米結構材料研究。具體實施方式實施例1制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，包括以下步驟：1.陽極氧化a)鎳基底的處理：采用高純鎳箔片為基板，分別用600目、1000目、2000目SiC砂紙打磨，再用0.05um的Al2O3拋光至鏡面亮度，將拋光后的鎳箔片先后放入冰丙酮和去離子水中，分別超聲清洗20分鐘，烘干后備用。b)電解液配制：取質量分數為85％的磷酸100ml與50ml去離子水混合，加入1.8g?NH4F，并在磁力攪拌下混合均勻，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，其特征在于利用電化學陽極氧化和電沉積相結合的電化學方法制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，其特征包括以下具體的工藝步驟：①鎳片的預處理采用高純鎳箔片為基板，分別用600目、1000目、2000目SiC砂紙打磨，再用0.05um的Al2O3拋光至鏡面亮度，將拋光后的鎳箔片先后放入有機溶劑和去離子水中，分別超聲清洗20分鐘，烘干后備用；②電解液的制備水基電解液的配制：將磷酸與去離子水混合配成摩爾濃度為5mol/L的磷酸溶液，再將NH4F與5mol/LH3PO4混合，配制成含有氫氟酸質量百分數為0.5％的水基電解液；③陽極氧化法制備氟摻雜的多孔金屬氧化鎳納米材料在溫度為40℃水浴恒溫下，以50mv·s?1的電壓增長速率升至6V，并保持恒壓，將預處理后的鎳片做正極，鉑片做負極放入水基電解液中進行陽極氧化1小時，將陽極氧化后的鎳箔片用去離子水清洗后干燥；④氧化還原反應活性物質負載a電解液的配置乙酸鈷溶液配置：向300ml去離子水中加入四水合乙酸鈷和硫酸鈉，使溶液中乙酸鈷的質量分數為7.3％，硫酸鈉質量分數為4.1％；乙酸錳溶液配置：向300ml去離子水中加入四水合乙酸鈷和硫酸鈉，使溶液中乙酸鈷的質量分數為10.6％，硫酸鈉質量分數為2.4％；b用恒流電沉積方法負載活性物質在溫度為室溫20℃下，將陽極氧化后的氟摻雜的多孔金屬氧化材料做負極，鉑做正極，依次在乙酸鈷和乙酸錳溶液中恒流電沉積，所用電流為1?5mA，時間為10?20min；⑤熱處理將④制得的負載有反應活性物質的摻雜氟的多孔氧化鎳納米材料移入馬弗爐，在350?500℃下煅燒2?4小時，然后隨爐冷卻至室溫。...
【技術特征摘要】
1.一種制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池正極材料的方法，其特征在于利用
電化學陽極氧化和電沉積相結合的電化學方法制備氟摻雜的負載活性金屬的氧化鎳納米多孔鋰空氣電池
正極材料的方法，其特征包括以下具體的工藝步驟：
①鎳片的預處理
采用高純鎳箔片為基板，分別用600目、1000目、2000目SiC砂紙打磨，再用0.05um的Al2O3拋光
至鏡面亮度，將拋光后的鎳箔片先后放入有機溶劑和去離子水中，分別超聲清洗20分鐘，烘干后備用；
②電解液的制備
水基電解液的配制：將磷酸與去離子水混合配成摩爾濃度為5mol/L的磷酸溶液，再將NH4F與5mol/L
H3PO4混合，配制成含有氫氟酸質量百分數為0.5％的水基電解液；
③陽極氧化法制備氟摻雜的多孔金屬氧化鎳納米材料
在溫度為40℃水浴恒溫下，以50mv·s-1的電壓增長速率升至6V，并保持恒壓，將預處理后的鎳片做
正極，鉑片做負極放入水基電解液中進行陽極氧化1小時，將陽極氧化后的鎳箔片用去離子水清洗后干燥；
④氧化還原反應活性物質負載
a電解液的配置...
【專利技術屬性】
技術研發人員：銀鳳翔，范天熙，李國儒，
申請(專利權)人：北京化工大學常州先進材料研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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