[發明專利]一種二維金屬鉍的制備方法及其在鈉/鉀離子二次電池中的應用

有效

• 申請號: 202010597636.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111933918B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 簡澤浪;田鈺;陳文;李航;吳一凡;馮冠群;劉桂茂
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/134;H01M10/054
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨潔

本發明提供一種二維金屬鉍的制備方法及其在鈉/鉀離子二次電池中的應用，包括步驟一：將金屬鉍、高粘度物質和分散溶劑以近似于0.5：1：9的質量比混合；步驟二：將上述混合物置于球磨罐中進行高能球磨30h以上；步驟三：取出上述物料，用分散溶劑稀釋，將稀釋物料低速離心(轉速小于6000)20min以上后取懸浮液；步驟四：通過高速長時間離心取得上述懸浮液中的二維材料，用分散溶劑洗滌三次后，得到所述二維金屬鉍材料。本發明制備方法工藝簡單，制備成本低，制備條件溫和，有利于其工業化推廣和應用。

技術領域

本發明屬于二維材料制備技術領域和電池技術領域，特別涉及一種二維金屬鉍的制備方法及其在鈉/鉀離子二次電池中的應用。

背景技術

化石能源不僅產生嚴重的污染，而且資源有限。太陽能、風能等可再生能源越來越受到人們的重視，但是這些可再生能源的間歇性和不穩定性使其不能持續穩定的供電，因此儲能系統的發展對于可再生能源的利用至關重要。與鋰離子電池相比，鈉/鉀離子電池由于鈉/鉀的儲量豐富、分布廣泛、具有潛在的低成本優勢。而且鈉/鉀離子在二次電池中不會與鋁反應生成合金，因此，可用成本更低的鋁箔替代銅箔作為負極的集流體，進一步降低電池的成本。

高性能、低成本負極材料的開發與應用是鈉/鉀離子電池走向商業化的重要一步。鉍位于元素周期表中V族，是一種后過渡金屬元素，結構為層狀，類似于同系的砷和銻。近年來，鉍憑借其超高的理論容量而備受關注，但是在充放電過程中，巨大的體積變化會引起電極粉化，最終導致容量發生不可逆損失或引起電極材料的整體脫落而容量迅速衰減。二維材料作為一種新興納米材料，可以最大限度的緩解體積膨脹問題；利用復合石墨烯結構進一步提高其導電性和穩定性，致力于提升鈉/鉀離子二次電池電化學性能以面向實際的應用。目前常用的制備二維金屬鉍的方法是超聲剝離法，但因其產率低，工藝復雜，產物極易被氧化，目前仍遠遠達不到工業化生產的要求。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種二維金屬鉍的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：將金屬鉍、高粘度物質和分散溶劑以近似于0.5：1：9的質量比混合；

步驟二：將步驟一所得混合物置于球磨罐中進行高能球磨30 h以上；

步驟三：取步驟二所得混合物，用分散溶劑稀釋，將稀釋物料低速離心 20 min以上后取懸浮液，轉速小于6000rpm/min；

步驟四：通過高速長時間離心取得上述懸浮液中的二維材料，用分散溶劑洗滌三次后，得到所述二維金屬鉍材料。

所述高粘度物質為聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚酰亞胺（PEI）、鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯（PDDA）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）、海藻酸鈉（SA）、聚丙烯酸鈉(PAAS)等中的任意一種。

所述步驟二低速離心轉速為500 rpm/min，步驟四高速離心轉速為20000 rpm/min。

優選地所述步驟二低速離心轉速為400 rpm/min，步驟四高速離心轉速為10000rpm/min。

所述二維金屬鉍在在鈉/鉀離子二次電池中的應用，將由二維金屬鉍制得的二維鉍復合材料應用于鈉/鉀離子二次電池負極極片，所述鈉/鉀離子二次電池負極極片包括集流體、涂覆于集流體上的導電涂層；所述導電涂層包括粘結劑、導電劑和所述二維鉍復合材料。

所述二維鉍復合材料由所述二維金屬鉍與石墨烯按照85：15的質量比在NMP中混合，攪拌，然后離心，干燥制得。

所述粘結劑、導電劑和二維鉍復合材料的質量比為1∶1∶8。

所述粘結劑為聚偏氟乙烯。

所述導電添加劑為導電炭黑。