[發(fā)明專利]一種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法以及應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910060015.X
• 申請(qǐng)日: 2019-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN109817881B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊艷玲;左玉;馮雷;侯小江;鎖國權(quán)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/36;H01M4/587;H01M4/66;H01M10/054;H01M10/058;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明提供的一種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1，采用化學(xué)氣相沉積工藝在銅箔上生長石墨烯薄膜；步驟2，在步驟1中所得的石墨烯薄膜上生長碳納米管，得到石墨烯/碳納米管/銅箔；步驟3，將步驟2所得的石墨烯/碳納米管/銅箔放入硒水溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到石墨烯/碳納米管/銅箔；本發(fā)明制備的銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料中，石墨烯和碳納米管發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，使其表現(xiàn)出比起任意一種更加出色的電化學(xué)性能，同時(shí)硒具有極高理論容量，能大大增加電池的初始放電容量。這種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料能大大改善電池的循環(huán)性能，提高電池容量，增強(qiáng)負(fù)極惰性離子導(dǎo)電能力等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲(chǔ)能材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法以及應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)如今電池種類繁多，由于環(huán)境問題和能源消耗增加，新型材料及能源具有良好的發(fā)展前景。鋰由于消耗巨大，已遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)儲(chǔ)能的需求。鈉作為與鋰同一主族的元素，有著與鋰相似的嵌入機(jī)理，且在地球儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于鋰，因此得到廣泛關(guān)注。銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，以銅作為基底的電池負(fù)極材料勢(shì)必大大增加材料的導(dǎo)電性。硒是理想的電池陰極材料，相比于硫有更高的能量密度，具有極高的理論容量，導(dǎo)電性高于硫近似20個(gè)數(shù)量級(jí)。但聚硒酸鹽在電解質(zhì)中的溶解和遷移對(duì)電池的性能具有不利影響，因此需要克服此問題，納米碳材料是我們不二選擇。石墨烯是二維柔性材料，廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能材料領(lǐng)域，因其具有極大比表面積、超輕比重、高結(jié)晶度以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性，載流子速率高達(dá)2×10⁵cm²。作為納米碳材料的碳納米管，其獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu)也賦予了其高熱導(dǎo)率及電子遷移率，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)石墨烯具有大片層狀結(jié)構(gòu)，碳納米管具有極大長徑比以及較好的柔性。二者可相互補(bǔ)充，將具有更加優(yōu)異的導(dǎo)電性能。這種新型的銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料對(duì)于提高電池負(fù)極導(dǎo)電性、電池循環(huán)性能以及離子負(fù)載能力具有十分重要的意義。

目前，公開報(bào)道的石墨烯/碳納米管雜化體的制備方法主要以金屬箔為基底，通過化學(xué)氣相沉積得到石墨烯后物理摻雜碳納米管得到石墨烯/碳納米管薄膜；通過氧化石墨烯融入碳納米管連續(xù)體得到復(fù)合膜前驅(qū)體后在熱處理得到石墨烯/碳納米管薄膜；將石墨烯分散液注入水表面形成石墨烯超薄膜后從碳納米管陣列中拉出碳納米管超薄膜，將二者反復(fù)多次轉(zhuǎn)移折疊形成石墨烯/碳納米管復(fù)合薄膜；通過部分氧化多壁碳納米管得到氧化石墨烯/碳納米管分散到水中形成分散液，常溫常壓下靜置得到石墨烯/碳納米管雜化體。這些方法制備出的石墨烯/碳納米管雜化體用于鈉離子電池，對(duì)負(fù)極惰性離子導(dǎo)電性、循環(huán)壽命及初始放電容量有一定程度提高。但這些方法制備的雜化體中碳納米管取向無序、分散不夠均勻；石墨烯/碳納米管結(jié)晶度不高以及石墨烯界面結(jié)合弱等特點(diǎn)一定程度上限制了石墨烯/碳納米管雜化體作為電池負(fù)極材料性能上的進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法以及應(yīng)用,解決了通過現(xiàn)有的銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料制備方法制備所得的雜化體中,存在碳納米管取向無序、分散不夠均勻的缺陷。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供的一種銅箔負(fù)載鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，采用化學(xué)氣相沉積工藝在銅箔上生長石墨烯薄膜；

步驟2，在步驟1中所得的石墨烯薄膜上生長碳納米管，得到石墨烯/碳納米管/銅箔；

步驟3，將步驟2所得的石墨烯/碳納米管/銅箔放入硒水溶液中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到石墨烯/碳納米管/銅箔。

優(yōu)選地，步驟1中，化學(xué)氣相沉積工藝條件為：含碳前驅(qū)體為生長碳源，反應(yīng)溫度850～1050℃，反應(yīng)時(shí)間0.1～3h，含碳前驅(qū)體流量0.1～150mL/min，氬氣流量100～500mL/min，氫氣流量50～400mL/min。

優(yōu)選地，含碳前驅(qū)體為含碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)溲趸衔锏囊环N或幾種的混合。