[發明專利]一種鉍單質納米片復合電極的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810065925.2
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108400292B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 周靜;陳江淳;王華;郭林;閆柄屹
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明是一種鉍單質納米片復合電極的制備方法及其應用，其特點是，包括的步驟有：將鉍單質金屬置于溶液中，超聲得到前驅體分散液；提取前驅體分散液；將提取的前驅體分散液還原，制備出鉍單質納米片；將鉍單質納米片與石墨烯復合，制備出復合電極；將步驟復合電極組裝入能源存儲器件中。本發明是利用液相剝離法將體相為層狀的材料剝離成超薄二維單質納米片，采用真空抽濾法制備得到Bi/rGO復合電極材料，并將其應用于鈉離子等電池負極材料、以及電容器中。具有制備工藝簡單，重復性好；而且所用原料儲量豐富，綠色環保；制備的復合電極材料比容量高，循環性能好，倍率性能好。

技術領域

本發明屬于能源存儲材料技術領域，特別涉及一種鉍單質納米片復合電極的制備方法及其應用。

背景技術

近年來，歐洲各國陸續宣布規模量生產純電動車，標志著汽車新時代的到來。我國經濟保持快速增長使得石油資源的消耗量急劇增加，其中汽車工業油耗占石油消耗總量的一半左右。面對全球石油資源日漸枯竭的挑戰及全球發展的主流，發展節能與新能源汽車產業，純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略取向，當前國家政策重點推進純電動汽車（EV）和混合動力（CPHEV）汽車產業化（節能與新能源汽車產業發展規劃，2012-2020年，國發[2012] 22號）。因此，大力發展可充放電電池、超級電容器等新型能源存儲器件，已成為新能源體系的重要組成部分。通常，鈉、鋰離子電池和超級電容器的比容量、循環壽命、工作電壓等性能指標主要是由電極材料的性能所決定。因此，本領域技術人員在電極材料的研究方面開展了大量的工作，當前主要集中在新材料、新制備方法、新改性途徑等方面。

現有的石墨碳負極作為鈉離子電池容量僅為30-40 mAh g^?1，因此一些理論容量高，電化學活性高的金屬、金屬氧化物越來越受到大家的關注，如：錫（Sn），銻（Sb），鉍（Bi），二氧化錫（SnO₂），氧化銻（Sb₂O₄）。其中鉍金屬儲鈉理論容量高達386 mAh g^?1（3783 mAh cm^?3）^[17]是理想的負極材料。但不幸的是，材料在脫嵌鈉過程中，鈉離子的嵌入使鉍體積發生巨大膨脹，鈉離子脫出后材料發生粉碎，降低了體系的導電性，從而導致容量的迅速衰減。針對緩解體積膨脹的改善方案主要有：對材料尺寸采用納米級，改善電解液和粘結劑對電極集流體和電極結構的改變，合金化及與其他材料進行復合制備復合材料及采用多孔結構來提高體積膨脹的空間。鉍位于元素周期表中V族（氮族）的底部，是一種后過渡金屬，結構為層狀類似于同系的砷和銻。層狀材料是層內以強的共價鍵或離子鍵結合而成，而層與層之間依靠弱的范德華力堆疊在一起的一類新型材料。由于層間弱的相互作用力，在外力的作用下，層與層很容易相互剝離，從而可以形成二維層狀材料。

因此，基于半金屬鉍層狀材料的特性，用簡單的機械剝離方法及常溫還原方法制備具有二維結構的單質鉍納米片，并充分利用其高比表面積的優勢擬作為鈉離子電池負極材料進行電化學性能的探究和創新，推動儲能領域的技術進步。

發明內容

本發明提供了一種鉍單質納米片復合電極的制備方法及其應用，利用液相剝離法將體相為層狀的材料剝離成超薄二維單質納米片，通過納米化方式緩解材料體積膨脹的缺陷，大幅度提升其電化學性能；而且制備工藝簡單，重復性好；同時所用原料儲量豐富，綠色環保；另外所制備的復合電極材料比容量高，循環性能好，倍率性能好。并提供其應用。

為了實現上述目的， 本發明采用的技術方案是：一種鉍單質納米片復合電極的制備方法，其特征是，包括如下步驟：

（1）將鉍單質金屬置于溶液中，超聲得到前驅體分散液；

（2）提取步驟（1）制得的前驅體分散液；

（3）將步驟（2）提取的前驅體分散液還原，制備出鉍單質納米片；

（4）將步驟（3）所述的鉍單質納米片與石墨烯復合，制備出復合電極。