技术领域本发明涉及一种锂空气电池用空气正极复合载体材料及其制备方法，属于电化学能源材料技术领域。
背景技术：
锂空气电池是以金属锂或含锂合金作为负极，以空气中的氧气作为正极反应物的一种高比能化学电源。由于锂的相对分子质量很小，因此锂空气电池的理论比能高达3505Wh/kg(以放电产物为Li2O2计)，在各种金属空气电池中是最高的。目前，由于锂空气电池存在诸多的关键性技术问题，如循环寿命低、过电位高、安全性等问题，仍然停留在实验室研发阶段，市场上还没有商品化电池出现。碳材料具有质量轻、比表面积大、导电率高和氧气传质能力强等特点，同时价格低廉、种类丰富，已广泛应用于锂空气电池的空气正极载体材料研究中，常见的用作空气正极载体材料的碳材料有导电炭黑(Super-P、BP-2000、VulcanXC-72、科琴黑)、碳纳米管、石墨烯等。但碳基正极载体材料不稳定，会与放电产物Li2O2反应生成Li2CO3；且碳材料会加速电解液降解，导致电池循环性能差；而非碳载体材料虽然在化学及电化学稳定性方面有突出的优势，如Bruce等人报道了使用纳米多孔金或者TiC，Zhou等人报道用铟锡氧化物来代替碳，这些研究实现了对副反应的抑制，可以大幅提高循环性能。但是通常这类材料密度高于碳材料，比表面积低于碳材料，导致电极比容量低，无法发挥锂空气电池高比能的优势。此外，大多数非碳载体材料的导电率较低，价格较高，不利于在空气正极中的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种锂空气电池用空气正极复合载体材料，该复合载体材料质量轻，导电性好同时稳定性高。本发明的另一目的在于提供一种所述锂空气电池用空气正极复合载体材料的制备方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锂空气电池用空气正极复合载体材料，由碳材料与过渡金属碳化物复合而成，碳材料作为内部骨架，过渡金属碳化物包覆在碳材料表面。其中，所述碳材料为多壁碳纳米管、碳纳米纤维、导电炭黑、活性炭、中孔炭、层次孔炭、炭气凝胶和石墨烯中的至少一种。其中，所述过渡金属碳化物为TiC、NbC、ZrC、WC、VC和TaC中的至少一种。其中，所述碳材料的含量大于等于60wt％，小于100wt％；优选为85wt％-95wt％。所述过渡金属碳化物的含量大于0，小于等于40wt％；优选为5wt％-15wt％。所述过渡金属碳化物包覆层的厚度为1nm-15nm。一种所述锂空气电池用空气正极复合载体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将碳材料与碘单质的混合物、过渡金属分别放置在管式炉石英管的一端，二者相距5-10cm，对石英管抽真空至1×10-3Torr并密封；(2)控制管式炉反应温度为400-950℃，反应时间为5-20h；(3)降温并清洗反应产物，干燥，得到碳材料表面包覆过渡金属碳化物的复合载体材料。其中，所述碳材料与碘单质的质量比为1∶5。其中，所述过渡金属为过渡金属单质或过渡金属合金。所述过渡金属单质为钛单质、铌单质、锆单质、钨单质、钒单质和钽单质中的至少一种；所述过渡金属合金为钛铌合金、锆钨合金、钛铌锆合金、钒锆合金、钨钒合金、钨铌合金、钨钽合金、钒钽合金和钒锆合金中的至少一种。本发明的优点在于：本发明的空气正极复合载体材料以碳材料作为骨架结构，具有质量轻、比表面积大、导电性好等优点；而包覆在碳材料外的过渡金属碳化物保护层可以有效地阻隔碳材料与电解液及放电产物的接触。该空气正极复合载体材料有效地将碳基空气正极载体材料和非碳基空气正极载体材料的优势结合起来，在保持较空气正极高比容量和高导电性的同时，提高了正极载体材料的化学及电化学稳定性。具体实施方式下面结合实施例对本发明作详细说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。实施例1将8mg的多壁碳纳米管和40mg的碘单质混合均匀，放置于管式炉石英管内，在距离混合物8cm的一端放置100mg的金属钛。抽真空至真空度为1×10-3Torr。升温并控制反应温度在550℃，反应10h；升温过程中升温速度控制在10℃/min。反应完成后，降至室温，用乙醇洗涤产物多次，在温度为80℃，真空度为1×10-3Pa的条件下真空干燥，即得到碳纳米管/TiC空气正极复合载体材料，其中TiC包覆层平均厚度在2nm-3nm。实施例2将8mg的多壁碳纳米管和40mg的碘单质混合均匀，放置于管式炉石英管内，在距离混合物8cm的一端放置100mg的金属钛。抽真空至真空度为1×10-3Torr。升温并控制反应温度在750℃，反应10h；升温过程中升温速度控制在10℃/min。反应完成后，降至室温，用乙醇洗涤产物多次，在温度为80℃，真空度为1×10-3Pa的条件下真空干燥，即得到碳纳米管/TiC空气正极复合载体材料，其中TiC包覆层平均厚度为4nm-5nm。实施例3将8mg的多壁碳纳米管和40mg的碘单质混合均匀，放置于管式炉石英管内，在距离混合物8cm的一端放置180mg的金属铌。抽真空至真空度为1×10-3Torr。升温并控制反应温度在800℃，反应10h；升温过程中升温速度控制在10℃/min。反应完成后，降至室温，用乙醇洗涤产物多次，在温度为80℃，真空度为1×10-3Pa的条件下真空干燥，即得到碳纳米管/NbC空气正极复合载体材料，其中NbC包覆层平均厚度为7nm-8nm。