[發明專利]一種金屬氯化物-石墨插層化合物電極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110409483.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113206243B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 于暢;任偉成;邱介山;王釗
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于碳基材料制備技術領域，一種金屬氯化物?石墨插層化合物電極材料的制備方法及其應用，制備方法包括以下步驟：(1)將石墨粉、金屬氯化物和磺酰氯混合置于反應釜中，反應完成后，取出產物，用無水乙醇反復沖洗后抽濾，濾餅放入干燥箱烘干，得到金屬氯化物?石墨插層化合物；(2)取步驟1制得的金屬氯化物?石墨插層化合物，導電炭黑及聚偏氟乙烯加入到瑪瑙研缽中并滴加N?甲基吡咯烷酮研磨，再將研磨漿料涂覆在銅箔上并放入真空干燥箱中干燥，結束后用沖片機沖成圓片，制得金屬氯化物?石墨插層化合物目標材料電極。本發明制備的金屬氯化物?石墨插層化合物具有插層量大、石墨缺陷密度小等優點。

技術領域

本發明涉及一種金屬氯化物-石墨插層化合物電極材料的制備方法及其應用，屬于碳基材料制備技術領域。

背景技術

新型可再生能源的發展需要大規模能量存儲系統的支持，在眾多的能量儲存技術中，二次電池具有適應性強、能量轉換效率高以及維護簡單等優點，是目前最有前景實現大規模電能存儲的能量系統。鈉在地殼中的儲量排在第四位，具有資源豐富，容易提煉等優勢，因此鈉離子電池有望實現在大規模電能存儲領域的應用。電極材料的研究是發展鈉離子電池儲能技術的關鍵，只有研制出具有穩定插/脫能力的電極材料，才能實現鈉離子電池的實用性突破。石墨插層化合物是將客體物質插入石墨層間形成的一類新型材料，具有電導率高、層間物質易于擴散、吸附性強、比表面積大等優異的特性，在儲能領域展現出獨特的優勢并具有良好的應用前景。其中，金屬氯化物-石墨插層化合物具有較大的層間距和電子傳遞速率，有利于實現離子的可逆插層，近年來已經成為石墨插層化合物研究的一個熱點領域。石墨插層化合物的制備方法主要有雙室法、化學法、電化學法、混合法、加壓法和熔鹽法等。但通常金屬氯化物在插層過程中需要添加額外的氯氣，以加快插層反應速率，并幫助氣相氯化物穩定存在。氯氣具有很強的毒害性，使得這種制備方法存在較大的安全隱患。因此，建立一種操作簡便、安全性高的方法來合成金屬氯化物-石墨插層化合物意義重大。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種金屬氯化物-石墨插層化合物電極材料的制備方法及其應用。該方法工藝簡單、操作安全，且利用該方法制備的金屬氯化物-石墨插層化合物具有插層量大、石墨缺陷密度小、插層結構穩定等優點，探究了該復合材料作為鈉離子電池的負極材料的電化學性能，在儲能領域具有較大的應用潛力。

為了實現上述發明目的，解決已有技術中所存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種金屬氯化物-石墨插層化合物電極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、稱取0.1-1g石墨粉和0.1-5g金屬氯化物，加入到瑪瑙研缽中，均勻研磨3-7min后轉移到反應釜中，并向反應釜加入0.05-2.25mL磺酰氯，上述操作在手套箱中完成，然后將反應釜從手套箱取出，放入馬弗爐中進行反應，反應溫度從室溫以5-15℃ min^-1的升溫速率升至100-450℃，恒溫10-30h，反應結束后，取出產物，用無水乙醇反復沖洗2-5次后抽濾，濾餅放入真空干燥箱中干燥8-12h，干燥溫度控制在60-80℃，得到金屬氯化物-石墨插層化合物，所述金屬氯化物選自三氯化鉍、五氯化鉬或六氯化鎢中的一種。

步驟2、取步驟1制得的金屬氯化物-石墨插層化合物樣品20-60mg，導電炭黑2.5-7.5m及聚偏氟乙烯2.5-7.5mg，加入到瑪瑙研缽中，并滴加12-16滴N-甲基吡咯烷酮，研磨15-30min，再將研磨均勻的漿料涂覆在銅箔上，漿料厚度為50-200μm，然后將銅箔放入真空干燥箱中干燥8-14h，干燥溫度控制在80-120℃，干燥后用沖片機沖成直徑為13-15mm的圓片，最終制得金屬氯化物-石墨插層化合物目標材料電極。

所述方法制備的金屬氯化物-石墨插層化合物電極在鈉離子電池中的應用。