柔性钠离子电池负极材料及其制备方法、电池负极技术

本申请公开了一种柔性钠离子电池负极材料及其制备方法、电池负极。其中，该方法包括：准备碳纤维布；在所述碳纤维布上沉积Co(CO3)

【技术实现步骤摘要】
柔性钠离子电池负极材料及其制备方法、电池负极


[0001]本申请涉及钠离子电池
，特别地，涉及一种柔性钠离子电池 负极材料及其制备方法、电池负极。

技术介绍

[0002]作为一种新型绿色高效的储能技术，锂离子电池(LIBs)以其高能量密度和高功率密度被广泛用作我们日常生活中便携式电子设备和智能电网大规模储能的主要电源。然而，锂资源的稀缺性和分布不均以及对LIBs日益增长的需求导致成本增加，限制了其大规模储能应用。金属钠与金属锂为同一主族元素，他们具有相似的物理化学性质，并且钠资源丰富、成本较低，因此，钠离子电池(SIBs)被认为是能够替代LIBs的非常有前景的候选大规模储能系统。
[0003]然而，令人担忧的是，较大的钠离子半径(Na
+
：0.102nm vs.Li
+
：0.076 nm)和较重的钠原子量(Na：22.99g/mol vs.Li：6.94g/mol)通常会导致 缓慢的Na
+
扩散动力学。另一个关键问题是，钠离子嵌入过程往往会引起较 大的体积变化，容易给电极材料结构带来不可逆的破坏和粉化，从而导致 差的电化学性能。这些致命的缺点限制了LIBs负极材料在SIBs系统中的 直接应用，并缩小了可用于SIBs商业化的电极材料的选择范围。因此，开 发能够适应钠离子快速稳定嵌入/脱出的合理电极材料仍然存在很大挑战。
[0004]许多候选材料，包括碳材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过 渡金属磷化物已经引起了相当大的关注。其中，过渡金属磷化物具有较高 的储钠理论容量和相对有利的电位，被认为是一种很有前途的SIBs负极材 料。尤其是磷化钴，理论比容量甚至可以高达894mAh/g。然而，磷化钴的 固有的低电导率导致其倍率性能较差，并且磷化钴在充/放电过程中会产生 较大的体积膨胀，导致电活性材料结构坍塌和粉化，甚至从集流体上脱离， 进一步导致电池容量快速衰减和循环稳定性降低，极大的制约了磷化钴负 极材料的发展和实际应用。
[0005]
技术介绍
部分的内容仅仅是申请人所知晓的技术，并不代表本领域的 现有技术。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种碳纤维基底支撑的Co
x
P多级 纳米结构的柔性电池负极材料及其制备方法，解决了Co
x
P负极材料固有的 低电导率和容量快速衰减以及循环稳定性较差的问题。
[0007]本专利技术提供的柔性钠离子电池负极材料，包括：
[0008]多孔碳纤维基底；以及
[0009]Co
x
P，以多孔纳米片和/或多孔纳米针阵列的结构设置在所述多孔碳纤 维基底上；
[0010]其中，1＜x＜2。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述多孔纳米片的孔径为0.1
‑
50nm，长度 为0.5
‑
10μ
m，宽度为0.5
‑
10μm；优选地，所述多孔纳米片的孔径为1
‑
30nm， 长度为1
‑
5μm，宽度为1
‑
5μm；更优选地，所述多孔纳米片的孔径为8
‑
20nm， 长度为1.3
‑
2.3μm，宽度为1.0
‑
1.6μm。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述多孔纳米针的孔径大小为0.1
‑
50nm， 长度为0.5
‑
10μm，直径为10
‑
300nm；优选地，所述多孔纳米针的孔径大小 为1
‑
30nm，长度为1
‑
5μm，直径为50
‑
150nm；更优选地，所述多孔纳米针 的孔径大小为7
‑
10nm，长度为3.2
‑
3.7μm，直径为80
‑
120nm。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述多孔碳纤维基底的厚度为0.1
‑
0.5mm， 优选为0.2
‑
0.4mm，更优选为0.31
‑
0.34mm。
[0014]本专利技术提供的制备柔性钠离子电池负极材料的方法，包括：
[0015]准备碳纤维布；
[0016]在所述碳纤维布上沉积Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O，获得Co
‑
CO@CFC复 合材料；
[0017]将所述Co
‑
CO@CFC复合材料进行煅烧，获得Co3O4@CFC复合材料； 以及
[0018]将所述Co3O4@CFC复合材料进行原位磷化，使得所述Co3O4@CFC复 合材料中的Co3O4磷化为Co
x
P，其中，1＜x＜2。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，准备碳纤维布包括：
[0020]采用酸处理所述碳纤维布。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，在所述碳纤维布上沉积 Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O包括：
[0022]采用尿素和Co(NO3)2·
6H2O制备Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O；
[0023]将Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O沉积在所述碳纤维布上；
[0024]其中，尿素和Co(NO3)2·
6H2O的摩尔质量比优选为(4
‑
6):1。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，将所述Co
‑
CO@CFC复合材料进行煅烧包 括：
[0026]将所述Co
‑
CO@CFC复合材料在空气气氛中以1
‑
10℃/min的加热速率 加热至350
‑
500℃，然后煅烧1
‑
4小时。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，将所述Co3O4@CFC复合材料进行磷化包 括：
[0028]将所述Co3O4@CFC复合材料与NaH2PO2·
H2O在氮气气氛下以 0.5
‑
5℃/min的加热速率加热至200
‑
500℃并保温2
‑
5小时；优选地，以 1
‑
3℃/min的加热速率加热至250
‑
350℃并保温3
‑
4小时。
[0029]本专利技术还提供了一种电池负极，其包括：
[0030]如上述柔性钠离子电池负极材料；或
[0031]利用上述方法制备的柔性钠离子电池负极材料。
[0032]本专利技术提供的Co
x
P@CFC复合材料由有序且多孔的Co
x
P纳米片和纳 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性钠离子电池负极材料，其特征在于，包括：多孔碳纤维基底；以及Co
x
P，以多孔纳米片和/或多孔纳米针阵列的结构负载到所述多孔碳纤维基底上；其中，1＜x＜2。2.根据权利要求1所述的柔性钠离子电池负极材料，其特征在于，所述多孔纳米片的孔径为0.1
‑
50nm，长度为0.5
‑
10μm，宽度为0.5
‑
10μm；优选地，所述多孔纳米片的孔径为1
‑
30nm，长度为1
‑
5μm，宽度为1
‑
5μm；更优选地，所述多孔纳米片的孔径为8
‑
20nm，长度为1.3
‑
2.3μm，宽度为1.0
‑
1.6μm。3.根据权利要求1所述的柔性钠离子电池负极材料，其特征在于，所述多孔纳米针的孔径大小为0.1
‑
50nm，长度为0.5
‑
10μm，直径为10
‑
300nm；优选地，所述多孔纳米针的孔径大小为1
‑
30nm，长度为1
‑
5μm，直径为50
‑
150nm；更优选地，所述多孔纳米针的孔径大小为7
‑
10nm，长度为3.2
‑
3.7μm，直径为80
‑
120nm。4.根据权利要求1所述的柔性钠离子电池负极材料，其特征在于，所述多孔碳纤维基底的厚度为0.1
‑
0.5mm，优选为0.2
‑
0.4mm，更优选为0.31
‑
0.34mm。5.一种制备柔性钠离子电池负极材料的方法，其特征在于，包括：准备碳纤维布；在所述碳纤维布上沉积Co(CO3)
0.5
(OH)
·
0.11H2O，获得Co
‑
CO@CFC复合材料；将所述Co
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑜，袁国包，冯锡岚，刘大鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：