[發(fā)明專利]碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202111344601.0 | 申請日： | 2021-11-15 |
| 公開（公告）號： | CN114094074A | 公開（公告）日： | 2022-02-25 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李哲東;符兵 | 申請（專利權(quán)）人： | 中博龍輝裝備集團(tuán)股份有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/054 |
| 代理公司： | 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224 | 代理人： | 高燕;沈金龍 |
| 地址： | 313116 浙江省*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 支撐 硫化 柔性 復(fù)合 電極 材料 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料及其制備方法，制備方法包括：(1)將硫和錫的前驅(qū)體溶解到溶劑中得到前驅(qū)體溶液，再向前驅(qū)體溶液中加入碳源攪拌均勻，得到分散液；(2)將清洗、烘干后的碳布浸入所述的分散液中，浸潤后進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；(3)反應(yīng)結(jié)束后，將碳布取出，洗滌、干燥，得到碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料。本發(fā)明還公開了所述的碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料在制備鈉離子電池中的應(yīng)用。本發(fā)明制備的碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料不需要粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，可直接作為電極材料使用，能大大降低電池的非活性物質(zhì)質(zhì)量占比，提高電池的能量密度。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及能源和新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
在新型的電池系統(tǒng)中，鈉離子電池由于原料鈉資源來源豐富，價格低廉，是取代鋰離子電池的有前景的電池體系之一。
但與鋰離子電池相比，鈉離子半徑較大，在電池材料中嵌入和脫出更難，因此鈉離子電池的電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)更慢，很多適合作為鋰離子電池的負(fù)極材料并不能直接用于作為鈉離子電池負(fù)極材料。近年來，適用于鈉離子電池的負(fù)極材料被廣泛研究。
在負(fù)極材料的體系里面，錫基材料(Sn，SnO2，SnS，SnS2，SnSe等)由于其理論容量高，成本低，毒性低，被認(rèn)為是理想的鈉離子電池負(fù)極材料。錫與鈉的電化學(xué)反應(yīng)過程為合金化反應(yīng)(Sn+xNa++xe-→NaxSn)，該過程伴隨著急劇的體積膨脹，因此純錫作為鈉離子電池負(fù)極電化學(xué)性能不佳。
采用錫硫化物做負(fù)極材料，與純錫相比，錫硫化物在第一圈嵌鈉過程中首先發(fā)生SnSx不可逆地轉(zhuǎn)化為Na2S和Sn(SnS x+2xNa++2xe-→Sn 2x-+Na2S，x＝1，2)，該過程生成了Na2S可以作為緩沖層緩解錫發(fā)生合金化反應(yīng)的體積膨脹。但后續(xù)發(fā)生的反應(yīng)和錫的鈉化反應(yīng)一致，也存在體積膨脹的問題。
針對錫基硫化物負(fù)極存在的體積膨脹問題，設(shè)計納米結(jié)構(gòu)的錫基硫化物，這是由于納米結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力松弛快于具有大量結(jié)晶疇尺寸的材料，與塊體材料相比，鈉離子在納米晶體中的擴(kuò)散距離更短，因此具有更高的反應(yīng)動力。如制備硫化錫納米薄片，硫化錫中空納米球，納米花等特殊結(jié)構(gòu)，使材料暴露更多表面和缺陷，促進(jìn)鈉離子在結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散和遷移。
另一方面，錫硫化物(SnS和SnS2)為一種半導(dǎo)體材料，其導(dǎo)電性能不佳，通過導(dǎo)電碳復(fù)合也是提高錫硫化物電化學(xué)性能的另一種方法。如引入石墨烯結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)生長薄片狀，小尺寸的硫化亞錫(ACS Appl.Mater.Interfaces 2019,11,41363-41373)，與塊體材料相比，能顯著提高鈉離子的存儲性能。設(shè)計多級結(jié)構(gòu)的碳包覆硫化亞錫納米管(Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,12202–12205)，利用一維納米材料獨特的結(jié)構(gòu)改善硫化亞錫堆垛生長，提升儲鈉性能。
上述設(shè)計的錫基材料一般不能直接作為電極材料使用，需要通過導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑進(jìn)一步涂覆在集流體上，大大增加了非活性物質(zhì)的質(zhì)量，降低了電池的能量密度。
柔性電極材料具有靈活性，無集流體，無導(dǎo)電劑等優(yōu)勢，在應(yīng)用在可穿戴式電子產(chǎn)品和柔性器件中，在近年來受到廣泛關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料及其制備方法，該制備方法簡單，易于調(diào)控。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種碳布支撐二硫化錫@碳柔性復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟：
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