[發明專利]一種連通介孔碳基復合物電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010992044.2
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112174108B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 余彥;王斌;楊海
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/587;C01B32/05;H01M10/054;B22F9/24;B22F1/145
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

本申請提供了一種連通介孔碳基復合電極材料的制備方法，所述方法包括步驟：a)將絡合劑、二元醇、水和任選的金屬鹽絡合交聯，得到均一的前驅體凝膠；b)將前驅體凝膠與氣相白炭黑充分混合，得到混合物；c)將所述混合物進行熱解，得到中間態的納米材料；d)將所述中間態的納米材料進行刻蝕以刻蝕掉氣相白炭黑，得到具有連通介孔的納米碳基復合物電極材料。本申請的連通介孔碳復合物材料的合成方法原料來源廣泛，具有普適性。同時本申請合成的碳基納米材料作為低溫下的鈉、鉀離子電池具有較高的容量與穩定性。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及碳基復合電極材料的制備方法與應用。

背景技術

高性能低溫鈉/鉀離子電池的開發對于國防，航空航天和大規模儲能等關鍵應用具有重要的技術意義。然而，由于低溫下鈉鉀離子在離子傳輸過程中極慢的去溶劑化反應，鈉/鉀離子電池的電化學性能非常差。因此，開發高容量、高倍率、長循環壽命的鈉/鉀離子電池電極材料至關重要。在低溫時，增加負極的比容量被認為是提高電池能量密度的誘人途徑。

以合金基負極為例，其一直廣受研究人員關注，不僅可以提供高容量，還提供了合適的工作電壓平臺，這有利于防止鈉/鉀枝晶的形成，提高了電池的安全性。但是合金基負極存在著循環過程中體積膨脹大，循環過程中穩定性差等短板，碳基合金復合材料通過預留膨脹體積和維持結構穩定等方式，可以很好地解決這些問題。金屬鉍負極可以實現386mAh g^-1的比容量和高容量3800mAh cm^-3，是非常有應用前景的電極材料。因此，從材料選擇和電極材料設計角度出發，理想的低溫鈉鉀離子負極材料應具有豐富離子傳輸通道、高比容量以及高化學穩定性。

迄今報道的大多數納米級合金基材料的合成都集中在自下而上的過程中，包括超聲-過濾法，溶劑熱法和化學脫合金法等。盡管這些策略成功地制備了具有均勻可控顆粒尺寸的納米合金基材料，但是這些策略很少考慮在材料中構筑豐富的離子傳輸通道以實現對離子傳輸要求較高的低溫儲能。開發一種生產有連通介孔、均勻金屬顆粒、成本低的碳基復合電極材料的合成方法，變得尤其重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種連通介孔碳基復合電極材料的制備方法，本申請提供的碳納米復合材料的制備方法具有普適性。

本申請提供了一種連通介孔碳基復合電極材料的制備方法，所述方法包括：將絡合劑(例如，檸檬酸)、二元醇、水、金屬鹽絡合交聯，得到均一的前驅體凝膠，然后將前驅體凝膠與氣相白炭黑充分混合，得到混合物，將所述混合物進行熱解，得到中間態的納米材料，最后將所述中間態的納米材料進行刻蝕以刻蝕掉氣相白炭黑，得到具有連通介孔的納米碳基復合物電極材料。

優選地，所述絡合劑選自無水檸檬酸、乙二胺四乙酸或酒石酸等。

優選地，所述二元醇選自乙二醇或丙二醇等。

優選地，所述金屬鹽為硝酸鹽，更優選為選自Bi、Co或Mn的硝酸鹽。

本申請提供的碳納米材料原料易得，且反應條件溫和，適用性廣。進一步的，本申請所制備的碳基納米材料中碳復合的金屬具有嵌鈉嵌鉀活性，使其作為鈉鉀離子電池具有優異的電化學活性；同時，碳納米材料中提供的連通的介孔，不僅提高了材料整體的結構穩定性，還在低溫充放電過程中，提供了更短的離子擴散路徑和更快的離子傳輸速率，因此本申請提供的碳納米材料作為在鈉鉀離子電池的電極材料在低溫下具有較好的容量與穩定性。

附圖說明

圖1為本公開實施例1制備的連通介孔碳基復合電極材料的儲能原理圖；

圖2為本公開實施例1制備的連通介孔碳基復合電極材料的掃描電鏡照片；

圖3為本公開實施例1制備的連通介孔碳基復合電極材料的透射電鏡照片；

圖4為本公開實施例1所用的氣相白炭黑的掃描電鏡照片；