[發(fā)明專利]一種鈉/鉀離子電池負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910030388.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN109817912B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎晉良;麥文杰;謝俊鵬;李曉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/0568
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 桂婷

本發(fā)明公開了一種鈉/鉀離子電池負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，該電池負(fù)極材料具體為石墨烯包覆的金屬有機(jī)框架基衍生的鎳鈷硫化物。所述的石墨烯包覆的金屬有機(jī)框架基衍生的鎳鈷硫化物結(jié)構(gòu)為三文治夾心狀結(jié)構(gòu)，通過(guò)濕化學(xué)法及后續(xù)硫化法處理制得。將該鈉/鉀離子電池負(fù)極材料用于鉀離子電池負(fù)極，配合電解質(zhì)為雙氟磺酰亞胺鈉/鉀鹽或三氟甲磺酸鈉/鉀鹽，可獲得比容量高，倍率性能好，循環(huán)性能優(yōu)異鈉/鉀離子材料。與其他鈉/鉀離子電池負(fù)極材料配合常規(guī)電解質(zhì)相比，所述材料可有效增加負(fù)極的質(zhì)量比容量，從而提升全電池中的能量密度。同時(shí)由于其制備方法易于操作，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉/鉀離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈉/鉀離子電池負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)問題變得日益嚴(yán)峻。傳統(tǒng)能源，如煤、炭和石油等一次能源儲(chǔ)量不足以滿足人類發(fā)展的需求，并且在使用和開采過(guò)程中將產(chǎn)生大量對(duì)環(huán)境有害的氣體與廢棄物，這將加劇溫室效應(yīng)，從而進(jìn)一步破壞人類賴以生存的地球環(huán)境。因此研究人員開始將研究目光轉(zhuǎn)向其他可再生的新能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能和生物能等。但是這些能源供應(yīng)具有間歇性，需要配備具有高效、廉價(jià)、安全、便捷的儲(chǔ)能體系對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)能。其中使用最多的就是已經(jīng)商業(yè)化的鋰離子電池。然而，鋰離子電池的發(fā)展也遇到了瓶頸，其電池容量和循環(huán)壽命越來(lái)越不能滿足人們對(duì)于移動(dòng)電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的要求。在電池系統(tǒng)中，電極材料的性能決定了整個(gè)電池性能。因此，開發(fā)先進(jìn)、廉價(jià)、比容量高和長(zhǎng)循環(huán)壽命的鈉/鉀離子電池材料顯得十分必要。但是，鈉離子和鉀離子的離子半徑都要比鋰離子大，對(duì)大部分材料而言其嵌鈉/脫鈉和嵌鉀/脫鉀過(guò)程都較為困難。因此尋找一種適用于鈉離子或鉀離子嵌入脫出的材料成為了目前一個(gè)亟需解決的問題。目前一個(gè)研究熱點(diǎn)是過(guò)渡金屬硫化物的在鈉/鉀離子電池中的應(yīng)用，即尋找一種價(jià)格低廉、電化學(xué)性能穩(wěn)定及高效的金屬硫化物用于鈉/鉀離子電池負(fù)極材料。其中，鎳、鈷、錳等及其復(fù)合硫化物用于鈉/鉀電池成為目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)(Small 2013,9,No.8,1321–1328；Chem.Commun.,2015,51,10486--10489)。但是，在通過(guò)對(duì)鎳鈷二元硫化物進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并涉及配合電解質(zhì)鹽優(yōu)化領(lǐng)域，依舊缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)支持。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種鈉/鉀離子電池負(fù)極材料的制備方法。

本發(fā)明另一目的在于提供上述方法制備的鈉/鉀離子電池負(fù)極材料，其為石墨烯包覆納米棒形成的三文治夾心狀三維結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明再一目的在于提供上述鈉/鉀離子電池負(fù)極材料配合電解質(zhì)鹽在鈉/鉀離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)：

一種鈉/鉀離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將鎳鹽、鈷鹽混合作為前驅(qū)物，與二羥基對(duì)苯二甲酸和水混合均勻，加熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后純化得到金屬有機(jī)框架粉末；

(2)將步驟(1)得到的金屬有機(jī)框架粉末與氧化石墨烯水溶液混合，得到混合溶液，混合溶液冷凍干燥后得到氧化石墨烯包覆的金屬有機(jī)框架混合物；

(3)將步驟(2)所得氧化石墨烯包覆的金屬有機(jī)框架混合物與硫源混合后，在氣體保護(hù)下煅燒進(jìn)行硫化處理，得到石墨烯包覆的金屬有機(jī)框架基衍生的鎳鈷硫化物，即為鈉/鉀離子電池負(fù)極材料。

步驟(1)所述鎳鹽為乙酸鎳，硝酸鎳和氯化鎳中的至少一種；鈷鹽為乙酸鈷，硝酸鈷和氯化鈷中的至少一種。

步驟(1)所述鎳鹽和鈷鹽的摩爾比為1：0.5～5。

步驟(1)所述前驅(qū)物與二羥基對(duì)苯二甲酸的質(zhì)量比為1：0.5～20。

步驟(1)所述水的用量滿足每20mmol鎳鹽對(duì)應(yīng)加入200～1000mL水。