[發明專利]一種高性能水系電池用鉍基負極及制備方法

有效

• 申請號: 202110494725.0
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113258025B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 馮麗萍;劉鵬飛;何炅劼;劉思維;賈凌鋒;李澤天
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/38;H01M4/66;H01M10/36
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種水系電池用鉍基負極，其特征在于包括活性物質和多孔導電碳基底；其中多孔導電碳基底的結構為：碳布中每一根碳纖維的表面包覆疏松多孔狀的無定形碳；所述活性物質生長于無定形碳的表面，以碳纖維為中心軸，由內向外依次為無定形碳和活性物質的同軸結構，使得活性物質與柔性碳布集流體實現了納米級別的緊密結合；所述活性物質為具有納米片形貌的金屬鉍；

所述水系電池用鉍基負極的制備方法如下：

步驟1：將碳布用濃硝酸浸泡處理1～3小時后，清洗烘干；將USP級黃原膠粉末溶于去離子水中形成黃原膠凝膠；

步驟2：將碳納米管分散液和黃原膠凝膠混合得到凝膠狀物質，隨后用軟毛刷蘸取該凝膠涂覆在碳布上；

步驟3：將碳布置于管式爐石英管加熱溫區中心，采用氬氣沖洗石英管以排除雜質氣氛；

步驟4：在氬氣流速為100～400sccm的氬氣氣氛中對管式爐進行分階段溫度調控；第一階段35～45分鐘內升溫至700～900℃，第二階段在700～900℃下保溫2-6小時，第三階段為管式爐自然冷卻到室溫，獲得多孔導電碳基底；

步驟5：采用化學氣相沉積法，以高純BiI₃粉末為前驅體，在多孔導電碳基底上制備BiOI納米片；具體制備工藝為：將BiI₃粉末和多孔導電碳基底前后放置在管式爐石英管中，且BiI₃粉末位于加熱溫區中央位置，BiI₃粉末與基底的距離為10～15cm；在空氣氣氛中將管式爐升溫到350～370℃，保溫20-30分鐘后自然冷卻到室溫，得到長有BiOI納米片的多孔導電碳基底；

步驟6：采用電化學循環伏安還原法，以Hg/HgO為參比電極，以鉑片為對電極，以長有BiOI納米片的多孔導電碳基底為工作電極，通過三電極系統將BiOI原位轉變為鉍活性物質，得到高性能水系電池用鉍基負極；儀器參數設置為：掃描速率5～20mv/s,電位窗口0～-1V。

2.根據權利要求1所述水系電池用鉍基負極，其特征在于：所述碳纖維表面的單位面積活性物質負載量為27.5mg cm^-2，單位面積比容量為2.17mAh cm^-2。

3.一種制備權利要求1或2所述水系電池用鉍基負極的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將碳布用濃硝酸浸泡處理1～3小時后，清洗烘干；將USP級黃原膠粉末溶于去離子水中形成黃原膠凝膠；

步驟2：將碳納米管分散液和黃原膠凝膠混合得到凝膠狀物質，隨后用軟毛刷蘸取該凝膠涂覆在碳布上；

步驟3：將碳布置于管式爐石英管加熱溫區中心，采用氬氣沖洗石英管以排除雜質氣氛；

步驟4：在氬氣流速為100～400sccm的氬氣氣氛中對管式爐進行分階段溫度調控；第一階段35～45分鐘內升溫至700～900℃，第二階段在700～900℃下保溫2-6小時，第三階段為管式爐自然冷卻到室溫，獲得多孔導電碳基底；

步驟5：采用化學氣相沉積法，以高純BiI₃粉末為前驅體，在多孔導電碳基底上制備BiOI納米片；具體制備工藝為：將BiI₃粉末和多孔導電碳基底前后放置在管式爐石英管中，且BiI₃粉末位于加熱溫區中央位置，BiI₃粉末與基底的距離為10～15cm；在空氣氣氛中將管式爐升溫到350～370℃，保溫20-30分鐘后自然冷卻到室溫，得到長有BiOI納米片的多孔導電碳基底；

步驟6：采用電化學循環伏安還原法，以Hg/HgO為參比電極，以鉑片為對電極，以長有BiOI納米片的多孔導電碳基底為工作電極，通過三電極系統將BiOI原位轉變為鉍活性物質，得到高性能水系電池用鉍基負極；儀器參數設置為：掃描速率5～20mv/s,電位窗口0～-1V。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述濃硝酸的質量分數為98％。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：所述黃原膠凝膠是將1～5mg USP級黃原膠粉末，溶于20～100ml去離子水中形成黃原膠凝膠。