【I811822】金屬空氣電池用陰極觸媒及其製法
公告號: I811822 公開202318702
公告日: 2023.08.21
公報卷期: 50-23
證書號: I811822
申請號: 110139684
申請日: 2021.10.26
公報IPC: H01M 4/88(2006.01)
當前IPC: H01M 4/88(2006.01)
申請人: 國立高雄科技大學 高雄市三民區建工路415號 (中華民國) (TW)
當前專利權人: 國立高雄科技大學
發明人: 李純怡 (中華民國) (TW);
潘俊仁 (中華民國) (TW);
郭鈺嗣 (中華民國) (TW)
代理人: 高玉駿; 楊祺雄
審查委員: 陳子明
摘要: 一種金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，包含：將碳源懸浮液與金屬源溶液在70℃至85℃進行低溫水熱反應至少20小時，製得包括第一前驅物的第一產物；將第一產物與氮源溶液在180℃進行高溫水熱反應至少12小時，形成第二前驅物；將第二前驅物在保護氣氛中以200℃至900℃進行熱處理，使第二前驅物發生相轉變從而製得金屬空氣電池用陰極觸媒。碳源懸浮液包括無機碳源，金屬源溶液的pH值範圍為6.5至10.5且包括由可溶性的離子化合物所形成的金屬源，氮源溶液包括由含氮有機化合物所形成的氮源。本發明還提供一種由上述製法所製得的金屬空氣電池用陰極觸媒。
參考文獻
引用專利: CN109119646A E; CN111195518A E
引用非專利: 期刊 Yang Shi, Minghao Zhang, Chengcheng Fang, Ying Shirley Meng, Urea-based hydrothermal synthesis of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode material for Li-ion battery, Journal of Power Sources, Volume 394, 2018, Pages 114-121
專利範圍:
一種金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，包含以下步驟： (a). 製備包括無機碳源的碳源懸浮液、pH值範圍為6.5至10.5且包括金屬源的金屬源溶液，及包括氮源的氮源溶液，其中，該金屬源是由可溶性的離子化合物所形成，該氮源是由含氮有機化合物所形成； (b).將該碳源懸浮液與該金屬源溶液進行低溫水熱反應，以使該金屬源摻雜於該無機碳源的表面上而形成第一前驅物，製得包括該第一前驅物的第一產物，其中，該低溫水熱反應的反應溫度範圍為70℃至85℃且反應時間範圍為至少20小時； (c). 將該第一產物與該氮源溶液進行高溫水熱反應，以使該氮源發生裂解生成氮原子進而與該第一前驅物中的金屬源形成鍵結而生成第二前驅物，其中，該高溫水熱反應的反應溫度範圍為180℃且反應時間範圍為至少12小時；及 (d). 將該第二前驅物在保護氣氛中進行熱處理，以使該第二前驅物發生相轉變，從而製得金屬空氣電池用陰極觸媒，其中，該熱處理的溫度範圍為200℃至900℃。
如請求項1所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該步驟(a)中，該金屬源溶液中該金屬源的體積莫耳濃度與該氮源溶液中該氮源的體積莫耳濃度的比值範圍為0.06至0.5。
如請求項1所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該步驟(a)中，是將該無機碳源分散在分散介質而製得該碳源懸浮液，該無機碳源的表面積範圍為50 m 2/g以上並是選自於導電碳黑、石墨烯、活性碳、碳纖維及奈米碳管所組成的群組中至少一者。
如請求項3所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，以該碳源懸浮液的總量為100wt%，該無機碳源的含量範圍為0.20wt%至0.45 wt%。
如請求項1所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該步驟(a)中，是將該可溶性的離子化合物溶解在第一溶劑中形成離子化合物溶液後調整pH值而製得該金屬源溶液，其中，該金屬源是選自於鈷源、錳源、鐵源、鎳源及鉻源所組成的群組中至少一者，該可溶性的離子化合物是選自於乙酸鈷、乙酸錳、乙酸鐵、乙酸鎳及乙酸鉻所組成的群組中至少一者。
如請求項5所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該金屬源溶液中，該金屬源的體積莫耳濃度範圍為0.2 mol/L至0.6 mol/L。
如請求項1所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該步驟(a)中，是將該含氮有機化合物溶解在第二溶劑中形成該氮源而製得該氮源溶液，該含氮有機化合物是選自於尿素、N-甲基脲、N-乙基脲、乙醯胺、甲醯胺、N-甲基甲醯胺及丙烯醯胺所組成的群組中至少一者。
如請求項7所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該氮源溶液中，該氮源的體積莫耳濃度範圍0.8 mol/L至6.7 mol/L。
如請求項1所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法，其中，在該步驟(d)中，該保護氣氛是選自於氫氣、氬氣、氮氣及氨氣所組成的群組中至少一者。
一種金屬空氣電池用陰極觸媒，是由如請求項1至9中任一項所述的金屬空氣電池用陰極觸媒的製法所製得。