[發(fā)明專利]一種生物質(zhì)衍生多孔碳作為鋅碘電池正極材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210013592.5
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114678538A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐俊偉;侯仰政;葛林恒;劉偉良;任慢慢;孔凡功
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/18
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種鋅碘電池正極材料及其制備方法，制備了一種碘摻雜生物質(zhì)衍生分層次多孔碳復(fù)合材料（BC_HP/I₂）為活性物質(zhì)的工作電極，屬于鋅碘電池技術(shù)領(lǐng)域。BC_HP/I₂復(fù)合材料工作電極是以BC_HP/I₂樣品為活性物質(zhì)，并將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘合劑按照一定比例在溶劑中研磨混合后，涂覆在集流體上面制得。本發(fā)明制備的正極材料在電流密度100 mA g^?1下循環(huán)100次后容量仍保持在100?110mAh g^?1。本發(fā)明還提供所屬工作電極的制備方法。本發(fā)明的工作電極具有優(yōu)異的倍率性能和長循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種鋅碘電池正極材料及其制備方法，制備了一種以BC_HP/I₂復(fù)合材料為活性物質(zhì)的工作電極，屬于鋅碘電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大主題。在環(huán)境問題和能源危機(jī)的大背景下，對可再生清潔能源的開發(fā)和利用實(shí)在必行，鋰離子電池具有能量密度和功率密度高、自放電率低和循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)，是目前發(fā)展最快的二次電池體系。但是鋰元素在地殼中的儲量比較有限，這導(dǎo)致電池成本居高不下，同時在電池的使用中有機(jī)電解液往往有毒，存在環(huán)境污染的風(fēng)險。此外，在循環(huán)過程中負(fù)極的鋰片會出現(xiàn)鋰枝晶，隨著枝晶的生長會有刺穿隔膜的風(fēng)險，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，最終局部過熱發(fā)生爆炸起火。綜上所述，存在的諸多不足激勵著研究人員開發(fā)具有成本低廉，安全性能好且環(huán)境友好的新型二次電池體系。金屬-碘電池被認(rèn)為是一種有潛力的電池體系。

金屬鋅是一種高比容量且廉價的電極材料，同時它在水中是穩(wěn)定的，這使得其可以應(yīng)用廉價和安全的水系電解液。這些特點(diǎn)使得鋅-碘電池在金屬-碘電池體系中脫穎而出。但是鋅-碘電池也存在一定問題：（1）單質(zhì)碘及碘化物導(dǎo)電性比較差，因此需要負(fù)載在導(dǎo)電性良好的電極材料上。（2）碘在有機(jī)和水系的電解質(zhì)中溶解度都比較高，碘活性物質(zhì)因為濃度差的原因往鋅負(fù)極遷移，導(dǎo)致嚴(yán)重的“穿梭效應(yīng)”。碘活性物質(zhì)擴(kuò)散到金屬負(fù)極表面后發(fā)生自放電行為。（3）碘單質(zhì)在堿性電解液中發(fā)生自發(fā)的歧化反應(yīng)。以上幾種問題都會導(dǎo)致電池的性能下降。

因此，開發(fā)一種具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和儲電性能，能夠改善以上的一種問題或幾種問題的新型鋅碘電池正極材料具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種生物質(zhì)衍生多孔碳作為鋅碘電池正極材料及其制備方法，目的在于克服現(xiàn)有鋅碘電池正極材料的導(dǎo)電性能和儲能性能不佳的缺點(diǎn)，提供一種鋅碘電池正極材料的制備方法。本發(fā)明提供的方法將生物質(zhì)多孔碳與碘結(jié)合，多孔碳的導(dǎo)電性良好，同時可以有效的提供電子/離子傳導(dǎo)，另外多孔的結(jié)構(gòu)能限制碘脫出，提高正極材料儲電性能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種BC_HP/I₂復(fù)合材料工作電極，以BC_HP/I₂復(fù)合材料為活性物質(zhì)，將活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘合劑按照一定比例在溶劑中研磨混合后，涂覆在集流體上面而得。

所述導(dǎo)電劑為科琴黑。

所述集流體為不銹鋼箔；優(yōu)選的，所述不銹鋼箔的厚度為0.01mm。

所述粘合劑為聚偏氟乙烯；優(yōu)選的，聚偏氟乙烯的密度為1.75-1.78g/cm³。

所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮。

本發(fā)明還提供所述工作電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）將銀杏肉用去離子水超聲清洗15 min后60°C烘干，然后在管式爐中進(jìn)行預(yù)碳化，在空氣氣氛下300°C煅燒4h，升溫速率為5°C/min；

（2）將預(yù)碳化的產(chǎn)物加入到50 mL氫氧化鉀溶液中混合均勻后冷凍干燥，氫氧化鉀的濃度為0.25～1 M；