氯化铋@多孔碳复合氯离子电池正极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氯化铋@多孔碳复合氯离子电池正极材料及其制备方法，其制备过程包括：将一定量的BiCl

【技术实现步骤摘要】
氯化铋@多孔碳复合氯离子电池正极材料及其制备方法
本专利技术涉及二次电池
，尤其是电池正极材料技术，具体而言涉及一种氯化铋@多孔碳复合氯离子电池正极材料。
技术介绍
随着科技的发展和对可再生能源的迫切需求，电能作为一种容易控制和转换的清洁能源形态越来越受到人们的重视，而作为储能设备的二次电池在其中起到至关重要的作用。目前应用最广泛的锂离子电池受到比能量密度、材料丰度、成本和安全性等限制，已经很难满足未来人们日趋增长的需求。因此，开发一种储量大、性能优异、安全性好、污染小、成本低廉的新型二次电池已迫在眉睫。作为基于氯阴离子传导的氯离子电池是锂离子电池非常有前途的替代品。氯离子电池所使用的正极材料(金属氯化物、金属氯氧化物、氯掺杂导电聚合物等)和负极材料(钠、镁、钙等)储量丰富，价格低廉。此外氯离子电池的电池体系在电化学转换时具有较大自由能的变化，可以产生较高的电动势，据报道金属氯化物/金属体系的理论能量密度可达2500WhL-1，高于传统的锂离子电池(1901WhL-1)。近年来，虽然关于氯离子电池正极材料的报道层出不穷，但是对金属氯化物正极的研究、试验和产业化却鲜有进展。2013年，X.Y.Zhao等在《Chlorideionbattery:Anewmemberintherechargeablebatteryfamily》中首次提出氯离子电池概念的报道中就使用金属氯化物作为正极材料，并总结出了该材料面临的主要问题：充放电过程中巨大的体积变化以及易溶于电解液发生穿梭效应，这使得该体系的电池几乎不具备反复充放电的能力。因此，在之前的研究中，金属氯化物，例如CoCl2,VCl3,CuCl2等，均只有首次充放电性能。然而，BiCl3作为金属氯化物的特例，它不溶于电解液，是目前唯一一个报道过有3次循环性能的氯化物正极材料。然而，该材料的容量衰减仍是十分严重，这主要是BiCl3材料的导电性较差和充放电过程中较大的体积变化导致的。现有技术中尝试对BiCl3进行改性处理，以期望改善其应用在氯离子电池体系中的循环性能，但由于BiCl3极易水解生成BiOCl，即使BiCl3在干燥的空气中暴露几分钟，也会有BiOCl杂质出现。因此，在传统的改进过程中，要求整个制备过程不接触空气，同时要求实验仪器和原料药品都必须保证极低的水分，否则将影响最终产物的纯度，批量生产的难度较大，成本较高，而制备过程耗时较长，只要期间稍微接触到空气，就会有杂质BiOCl产生，这将明显增加了失败的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对BiCl3材料循环性能差的缺点，提供一种具有良好电化学活性的BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料。本专利技术的另一目的是提供一种以多孔碳为载体，制备上述BiCl3@多孔碳复合正极材料的方法。根据本专利技术改进的第一方面提供一种BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、将一定量的BiCl3溶解在盐酸中；步骤2、将步骤1得到的BiCl3溶液与一定量的多孔碳材料混合均匀，其中多孔碳的总孔体积应大于或等于所加入盐酸的体积；步骤3、将步骤2所得混合物在真空环境下静置至少12h；步骤4、将步骤3所得混合物在一定温度和真空环境下旋转蒸发3-5h，得到BiCl3@多孔碳复合材料。优选地，所述多孔碳材料为包含非封闭型孔结构的碳材料。优选地，所述多孔碳包括多孔碳泡沫(MCF)、有序介孔碳CMK-3、碳纳米管(CNT)中的一种。其中，在步骤4所制得的BiCl3@多孔碳复合材料中，BiCl3的粒径为纳米级，分散在多孔碳基体中。其中，在步骤2中，所加入的多孔碳的量由其孔体积以及所加入盐酸的体积决定。根据本专利技术改进的第二方面还提出一种根据前述方法所制备的BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料。根据专利技术改进的第三方面还提出一种BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料，包括纳米级BiCl3以及多孔碳基体，所述纳米级BiCl3均匀分散在多孔碳基体中，所述多孔碳基体为包含非封闭型孔结构的碳材料。其中优选地，所述多孔碳包括多孔碳泡沫(MCF)、有序介孔碳CMK-3、碳纳米管(CNT)中的一种。其中，最终产物中BiCl3的粒径取决于多孔碳载体的孔道尺寸。与现有技术相比，本专利技术的显著优点在于：1、本专利技术的制备工艺中，将BiCl3溶解在盐酸中，使得溶液具有较低的粘度，短时间内就可以进入多孔碳的孔道内部；2、真空静置过程在室温下进行，蒸发温度在120-140℃，可以有效的降低能耗和生产成本，易于实现产业化；3、本专利技术的制备方法工艺简单易行，利用了盐酸能抑制BiCl3水解的特性，使得BiCl3在盐酸的保护下可以接触空气而不影响最终产品的纯度，极大的降低了操作难度，提高了制备成功率，适合大规模生产。同时，结合作为载体的多孔碳的碳壳，其不仅构成快速连续的电子传输路径，而且还充当良好的缓冲剂，以适应电极材料在充放电过程中巨大的体积变化。多孔碳内部复杂的孔道结构能有效的避免BiCl3的团聚，同时为氯离子的快速扩散提供通道；4、本专利技术制备出的BiCl3@多孔碳复合材料，在组装氯离子电池后循环性能明显优于传统的纯BiCl3正极材料，尤其是在60次循环以后依然保持90mAhg-1的稳定容量，这在金属氯化物作为氯离子电池正极材料中是绝无仅有的，取得了显著的提高。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是根据本专利技术的方法所制备的BiCl3@多孔碳(实施例1)材料的拉曼光谱图；图2为BiCl3@多孔碳(实施例1)材料的场发射扫描电镜图以及对应的能谱元素mapping图像；图3为实施例1中BiCl3@多孔碳(实施例1)材料的循环稳定性曲线，其中，横坐标为放电容量(mAhg-1)，纵坐标为循环次数(n)，电流密度为10mAg-1。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BiCl

【技术特征摘要】
1.一种BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将一定量的BiCl3溶解在盐酸中；
步骤2、将步骤1得到的BiCl3溶液与一定量的多孔碳材料混合均匀，其中多孔碳的总孔体积应大于或等于所加入盐酸的体积；
步骤3、将步骤2所得混合物在真空环境下静置至少12h；
步骤4、将步骤3所得混合物在一定温度和真空环境下旋转蒸发3-5h，得到BiCl3@多孔碳复合材料。


2.根据权利要求1所述的BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料为包含非封闭型孔结构的碳材料。


3.根据权利要求1所述的BiCl3@多孔碳复合氯离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳包括多孔碳泡沫(MCF)、有序介孔碳CMK-3、碳纳米管(CNT)中的一种。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张昶，孙世姣，赵相玉，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32