[發(fā)明專利]一種用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202211327611.8 | 申請日： | 2022-10-27 |
| 公開（公告）號： | CN115522284A | 公開（公告）日： | 2022-12-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 彭生杰;章文;李林林 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京航空航天大學(xué) |
| 主分類號： | D01F9/22 | 分類號： | D01F9/22;D01F1/10;D01F11/12;D01D5/00;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/054 |
| 代理公司： | 鄭州華隆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41144 | 代理人： | 經(jīng)智勇 |
| 地址： | 210016 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 離子 電池 多孔 碳纖維 負(fù)極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料及其制備方法，屬于鉀離子電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料的制備方法包括如下步驟：將四乙氧基硅烷滴加入一定濃度的乙醇溶液制備二氧化硅，將氯化鉍、聚丙烯腈和二氧化硅溶于N,N?二甲基甲酰胺中，配置電紡溶液。利用靜電紡絲技術(shù)，制備得到含鉍的電紡纖維。將收集的電紡纖維材料在空氣中250?280°C保溫1?3 h，再置于H2/Ar中煅燒，600?800°C保溫4?8 h，再將樣品置于0.1?0.2 mol/L的NaOH溶液中攪拌過夜，離心干燥。本發(fā)明的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料能夠?yàn)殁涬x子的遷移提供更多通道，進(jìn)而提高負(fù)極材料的比容量。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料及其制備方法，屬于鉀離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
清潔能源可以減少對化石能源儲量的依賴，但是這些清潔能源在實(shí)際應(yīng)用中往往都受到自然條件的限制，而儲能器件能夠提高各種能源利用的效率，彌補(bǔ)清潔能源受自然條件限制的缺陷，電池就是一種常用的儲能器件。
鋰離子電池廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車領(lǐng)域。然而，由于鋰離子電池成本高、鋰資源有限，使人們對鋰離子電池的應(yīng)用產(chǎn)生了擔(dān)憂。由于鉀的成本低、資源豐富，和鋰具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而引起廣泛研究。在鉀離子電池中，負(fù)極材料對電池的容量和循環(huán)壽命起著重要作用，由于金屬鉍的理論容量較高，環(huán)保且成本較低，被認(rèn)為是很有前途的負(fù)極材料。但是，在電池循環(huán)過程中，由于鉀離子半徑和摩爾質(zhì)量較大，使得鉀離子電池的嵌入/脫出過程更加緩慢，導(dǎo)致體積急劇增加。目前，已有研究表明鉍的納米化是有效緩解電池在循環(huán)過程中體積膨脹的策略之一，納米化的鉍可以縮短鉀離子的傳輸距離，提高電池的循環(huán)能力。
納米管的孔狀結(jié)構(gòu)材料能夠?yàn)殁浀那度牒兔摮鎏峁└颖憬菘焖俚耐ǖ溃瑫r(shí)具有良好的穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)合成鉍碳作為一種比容量高、循環(huán)壽命長的二維納米材料對鉀離子電池具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料的制備方法，以提高鉀離子電池的電化學(xué)性能。
本發(fā)明還提供一種上述制備方法制得的用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料以及使用該復(fù)合負(fù)極材料的鉀離子電池。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
一種用于鉀離子電池的多孔鉍碳纖維負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
1）在50 mL的乙醇中加入一定量的超純水稀釋，緩慢滴加四乙氧基硅烷，超聲使得成分充分混合，在室溫下靜置過夜。對溶液進(jìn)行離心，沉淀產(chǎn)物分別用超純水和乙醇各洗滌三遍，并于真空條件下干燥過夜，得到SiO2產(chǎn)物。
2）將聚丙烯腈（PAN）溶于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在油浴條件下攪拌均勻，形成淡黃色的懸濁液，再依次加入氯化鉍（BiCl3）和二氧化硅（SiO2），攪拌過夜，形成乳白色的懸濁液。將配置好的電紡溶液置于注射器中，進(jìn)行靜電紡絲，制備得到含鉍的電紡纖維。
3）將步驟2）中收集的電紡纖維材料在空氣中250-280°C保溫1-3 h，穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)，再置于H2/Ar中煅燒碳化，600-800°C保溫4-8 h。
4）將步驟3）得到的樣品置于0.1-0.2 mol/L的NaOH溶液中攪拌過夜，除去電紡纖維表面的二氧化硅，離心干燥后，即得多孔鉍碳纖維材料。
優(yōu)選的，步驟1）中50 mL乙醇加入超純水的量為10-20 mL，四乙氧基硅烷的用量為4.5-5.0 mL，超聲時(shí)間控制在20-60 min，真空干燥溫度為60-80°C。
優(yōu)選的，步驟2）中的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的用量為8-12 mL。
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