[發明專利]一種離子交換法無鋰柔性電極制備方法

在審

• 申請號: 202110499401.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113346073A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 曹元成;郭亞晴;陳盛銳;郭馳;梁濟元
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發明提供了一種離子交換法無鋰柔性電極制備方法。本發明采用電化學沉積法在碳布上沉積氫氧化鎂，制備了氫氧化鎂?碳布復合物；并以葡萄糖為碳源，通過水熱處理和高溫碳化處理形成碳包覆層，同時利用高溫碳化處理將氫氧化鎂脫水成氧化鎂，得到碳包覆的氧化鎂?碳布復合物；再通過對碳包覆的氧化鎂?碳布復合物進行離子交換反應和脫水處理，將其轉變為碳包覆氧化鎳?碳布復合物，從而得到具有高容量的柔性電極材料。通過上述方式，本發明能夠在形成無損致密的碳包覆層的同時提高碳布表面活性物質負載量，并有效避免高溫碳化過程對氧化鎳的影響，使制備的柔性電極具有較高的電導率和比容量，對于高容量柔性電池體系的設計具有重要意義。

技術領域

本發明涉及柔性電極技術領域，尤其涉及一種離子交換法無鋰柔性電極制備方法。

背景技術

柔性鋰離子電池具有優異的電化學儲能能力和機械穩定性，在智能便攜微型器件中發揮著舉足輕重的作用。作為最先進的儲能器件，柔性鋰離子電池的電化學性能應該在高度變形狀態下得到很好的保持，此外，與傳統的厚堆疊結構的鋰離子電池相比，柔性鋰離子電池通常要薄得多，所含的電極材料要少得多，導致柔性鋰離子電池能量密度較低。因此，如何提高柔性電極的容量，以提升柔性鋰離子電池的能量密度成為了發展柔性鋰離子電池的關鍵挑戰，對于開發高性能柔性儲能器件具有重要社會經濟學意義。

基于轉化型儲能機制的過渡金屬化合物(TMCs)納米材料因其具有理論容量高、種類多，來源豐富等特點，被認為是高能量密度電極材料的發展方向，引起了眾多研究者的重視。例如，公開號為CN111276342A的專利提供了一種柔性電極的制備方法及其產品和應用，該專利通過將具有表面活性的碳布浸入過渡金屬前驅體溶液中，利用化學浴沉積復合后再進行煅燒，得到碳布/過渡金屬氧化物復合柔性電極。但是，由于充放電過程中過渡金屬化合物存在巨大的體積變化，進而導致結構坍塌、電子電導率低、離子擴散率差等問題，限制了這類柔性電極的進一步發展。

目前，隨著柔性電極制備技術的發展，離子交換(IE)技術逐漸開始受到研究者的關注。離子交換技術作為一種溫和的納米材料合成新方法，不僅能夠精確地在納米尺度上對產物進行形貌設計，還可以原位精準調控元素的組成和含量。這種基于離子交換技術制備的柔性電極對于構建柔性鋰離子電池體系具有重要社會經濟學意義。

有鑒于此，有必要設計一種改進的離子交換法無鋰柔性電極制備方法，以解決上述問題。

發明內容

針對上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種離子交換法無鋰柔性電極制備方法。通過將氫氧化鎂沉積在碳布表面，再使其在高溫下進行碳包覆，得到碳包覆的氧化鎂-碳布復合物，從而在形成無損致密的碳包覆層的同時提高碳布表面活性物質負載量；并通過對碳包覆的氧化鎂-碳布復合物進行離子交換反應和脫水處理，將其轉變為碳包覆氧化鎳-碳布復合物，從而得到具有高容量的柔性電極材料。

為實現上述目的，本發明提供了一種離子交換法無鋰柔性電極制備方法，包括如下步驟：

S1、采用電化學沉積法在碳布上沉積氫氧化鎂，得到氫氧化鎂-碳布復合物；

S2、將步驟S1得到的所述氫氧化鎂-碳布復合物浸入葡萄糖水溶液中，進行水熱處理；再將所述水熱處理后得到的產物洗滌、干燥后進行高溫碳化處理，得到碳包覆的氧化鎂-碳布復合物；

S3、將步驟S2得到的所述碳包覆的氧化鎂-碳布復合物浸入鎳鹽溶液中，進行離子交換反應；再將所述離子交換反應的產物洗滌、干燥后在惰性氣氛下進行煅燒處理，得到柔性電極。

作為本發明的進一步改進，在步驟S1中，所述采用電化學沉積法在碳布上沉積氫氧化鎂具體包括如下步驟：

采用兩電極電沉積體系，以鉑片和碳布分別作為對電極和工作電極，以0.2～0.8mol/L的硝酸鎂水溶液作為電解質，在室溫下電沉積0.5～2h后，經洗滌、干燥，得到氫氧化鎂-碳布復合物。