[發(fā)明專利]一種三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111177856.2
• 申請(qǐng)日: 2021-10-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113921759A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志佳;李傳齊;陳月芳;于鎮(zhèn)洋;姜勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/133
• 分類號(hào): H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 天津市鼎拓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12233
• 代理人: 楊向南

本發(fā)明公開(kāi)了一種三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料及其制備方法，屬于鈉離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：首先，將燒制好的多孔鎳平板膜放入管式CVD爐的中心恒溫區(qū)，在惰性氣體氬氣的保護(hù)下升溫至還原溫度；將多孔鎳平板膜在還原氣體氫氣氣氛下還原處理；最后在生長(zhǎng)溫度下通一定比例的載氣氣體氬氣和碳源氣體乙炔原位生長(zhǎng)出不同形貌的碳納米纖維，得到三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料。本發(fā)明制備的自支撐三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)蛛姌O材料無(wú)需任何集流體或粘結(jié)劑即可實(shí)現(xiàn)自支撐；制備方法簡(jiǎn)單，可大規(guī)模生產(chǎn)；制備的多孔鎳/碳?xì)志哂锌紫堵矢?，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，可適用于鈉離子電池電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈉離子電池負(fù)極材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鈉離子電池被認(rèn)為是大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用中最具潛力、最有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的新一代儲(chǔ)能電池，得意于鈉元素分布廣泛、價(jià)格低廉、獲取方法簡(jiǎn)單且與鋰有著許多相似的物理化學(xué)性質(zhì)。然而，較大的鈉離子半徑使得電極材料在脫嵌儲(chǔ)能過(guò)程中出現(xiàn)大的體積變化，導(dǎo)致活性材料與集流體的剝落，從而造成快速的容量衰減。因此尋找合適的鈉離子電池電極材料是研究和開(kāi)發(fā)大規(guī)模應(yīng)用鈉離子電池的重要因素。

自支撐電極是活性材料在催化劑表面直接進(jìn)行原位生長(zhǎng)，在進(jìn)行裁剪處理后直接作為電極進(jìn)行電池的組裝。其中基底不僅作為生長(zhǎng)催化劑，而且具有集流體的作用。

本發(fā)明針對(duì)此，采用了一種極為簡(jiǎn)易且高效的生產(chǎn)方法來(lái)制備三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料。采用簡(jiǎn)單的化學(xué)氣相沉積法(CVD)，通過(guò)調(diào)節(jié)碳源氣體流量、生長(zhǎng)溫度和催化劑等參數(shù)，調(diào)控生長(zhǎng)出不同形貌的碳纖維。然后剪切為大小合適的電極片，組裝成鈉離子電池進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種流程簡(jiǎn)單的三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)值闹苽浞椒?。通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備出具有優(yōu)異的均勻性和優(yōu)良的儲(chǔ)鈉性能的一體化電極材料。該電極材料制備流程簡(jiǎn)單、成本低、可控性提升，適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，可應(yīng)用于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)催化基底的制備：將燒制好的20～40μm厚的多孔鎳作為催化劑；同時(shí)在多孔鎳上負(fù)載Y基催化劑得到復(fù)合催化劑基底；

2)還原處理：將步驟1)制備的催化劑基底放入管式CVD爐的中心恒溫區(qū)，在100～150sccm的氬氣流量下以5～10℃/min的升溫速率升溫至500～700℃；隨后通50～150sccm的氫氣，還原處理0.5～2h；

3)原位生長(zhǎng)：經(jīng)步驟2)還原后關(guān)閉氫氣，通(20～40):1體積比的氬氣和乙炔混合氣體，保溫0.5h～1.5h進(jìn)行原位生長(zhǎng)；隨后在100～150sccm的氬氣流量下以3-10℃/min的降溫速率降溫至室溫，得到三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)郑?/p>

4)電池組裝：將步驟3)制備的三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)植牧喜眉舫纱笮∵m當(dāng)?shù)淖灾坞姌O片，在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)組裝成鈉離子電池。

優(yōu)選的，所述步驟1)中多孔鎳的制備方法為：稱取鎳粉、溶劑NMP、聚丙烯腈配制鑄膜液，隨后刮制成膜并在氣體保護(hù)下燒制成多孔膜。

優(yōu)選的，所述多孔鎳的孔徑為1～3μm。

優(yōu)選的，所述步驟1)中復(fù)合催化劑基底的制備方法為：稱取適量六水硝酸釔Y(NO3)3·6H2O,配置成0.001M的Y基催化劑溶液，然后將多孔鎳在0.001M的Y基催化劑溶液中浸泡0.5～3h，經(jīng)過(guò)50～80℃真空干燥和300～500℃下燒結(jié)40～80min，得到復(fù)合催化劑基基底。

本發(fā)明的另一目的是提供一種采用上述三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)重?fù)極材料的制備方法制備的三維連續(xù)多孔鎳/碳?xì)蛛姌O材料作為鈉離子電池的負(fù)極材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：