一种表面生长碳化钼的柔性三维材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种表面生长碳化钼的柔性三维材料及其制备方法和应用，涉及电极材料技术领域。本发明专利技术提供的表面生长碳化钼的柔性三维材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液；将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。本发明专利技术提供的制备方法工艺简单、能耗低，制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料具有高柔韧性且电化学性能优异。能优异。能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种表面生长碳化钼的柔性三维材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，尤其涉及一种表面生长碳化钼的柔性三维材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]新时代的发展需求促进了新能源技术的发展。其中，锂离子电池作为商业化最成熟的储能产品，拥有高能量密度和长循环寿命，因此被广泛应用于我们的日常生活中。然而，有限的锂资源、上涨的制造成本以及不均匀分布性，成为了遏制锂离子电池大规模应用的关键。因此，开发低成本、储量丰富的电池，引起了广泛的关注。
[0003]先进的可充电电池系统如钠离子电池、锌离子电池、钾离子电池等作为LIBs的候选被开发出来。但尽管如此，相较于利用碳基材料、合金材料以及金属基化合物作为集流体的碱金属离子电池而言，直接使用碱金属作为电池的负极材料能够显著提高能量密度。与锂金属和钠金属负极一样，钾金属也是负极材料中最具吸引力的一种。
[0004]由于钾金属负极的无宿主性质，电解液的腐蚀和体积膨胀效应引起严重的界面不稳定现象。设计钾金属的宿主(host)是一种有效稳定钾金属负极的方法。首先，宿主可以封装活性钾，减少电解液与钾的直接接触，最终减少副反应。其次，可以极大缓解体积膨胀，提高界面稳定性。第三，host的高比表面积可以为电子和离子提供快速的转移路径从而降低局部电流，来抑制钾枝晶的生长。host可以是金属、无机、有机或复合材料，提供一种工艺简单、绿色环保、电化学性能优异的理想host的制备方法，一直是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种表面生长碳化钼的柔性三维材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的制备方法工艺简单、能耗低，制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料具有柔韧性且电化学性能优异。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下具体技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种表面生长碳化钼的柔性三维材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液；
[0009]将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。
[0010]优选地，所述碳源和吸附剂中总的碳元素和钼源中的钼元素的摩尔比为1：2。
[0011]优选地，所述碳源包括无水柠檬酸、葡萄糖和三聚氰胺中的一种或几种。
[0012]优选地，所述钼源包括钼酸钾、钼酸铵、钼酸钠、钼酸和氧化钼中的一种或几种。
[0013]优选地，所述吸附剂包括环氧乙烷
‑
环氧丙烷嵌段共聚物、聚氧乙烯苯乙烯米酚、聚乙烯醇、聚乙烯内酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
[0014]优选地，所述碳源、钼源、吸附剂和水混合包括：将碳源和钼源溶于水中，再加入吸
附剂。
[0015]优选地，所述混合溶液中碳源的质量浓度为1～2g/L。
[0016]优选地，所述碳化在保护气氛中进行；所述碳化的温度为700～1000℃，保温时间为1～3h。
[0017]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料，包括柔性三维材料以及原位生长在所述柔性三维材料表面的Mo2C晶体。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述表面生长碳化钼的柔性三维材料在电极材料中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种表面生长碳化钼的柔性三维材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液；将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。本专利技术选取碳布作为基体材料，其相较于泡沫铜等金属基体而言，具有更高的稳定性及柔韧性，经碳化处理后柔韧性仍较好。本专利技术以表面生长碳化钼的碳布作为host，可以提供丰富的成核位点，在电池循环过程中，降低局部电流密度，以形成稳定的SEI从而抑制钾枝晶的形成。同时，host的柔韧性及其交联结构抑制钾金属沉积/剥离过程中的体积膨胀。相较于当前的host而言，本专利技术的制备方法简单，操作安全，成本低廉。
[0020]在本专利技术中，碳化钼在柔性三维材料表面生长均匀，所得表面生长碳化钼的柔性三维材料具有高柔韧性且电化学性能优异。实施例结果表明，本专利技术制备的柔性三维材料表面均匀生长Mo2C晶体，晶体截面直径为100～200nm，以所述表面生长碳化钼的柔性三维材料吸附熔融金属钾作为钾金属电池负极时，装配对称电池，在0.5mA/cm2电流密度下可稳定循环900小时以上，且过电位在0.08V左右，相较于纯钾有更低的过电位和更高的循环稳定性能。本专利技术提供的制备方法简单、能耗低，适用于工业化生产。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料的SEM图；
[0022]图2为实施例1制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料的XRD图；
[0023]图3为实施例1制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料用于对称电池在不同电流密度下的倍率性能图；
[0024]图4为实施例1制备得到的表面生长碳化钼的柔性三维材料用于对称电池在0.5mA/cm2电流密度下的过电位循环性能图。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种表面生长碳化钼的柔性三维材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液；
[0027]将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员所熟知的市售产品。
[0029]本专利技术将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液。在本专利技术中，所述碳源和吸
附剂中总的碳元素和钼源中的钼元素的摩尔比优选为1：2。
[0030]在本专利技术中，所述碳源优选包括无水柠檬酸、葡萄糖和三聚氰胺中的一种或几种。
[0031]在本专利技术中，所述钼源优选包括钼酸钾、钼酸铵、钼酸钠、钼酸和氧化钼中的一种或几种。
[0032]在本专利技术中，所述吸附剂优选包括环氧乙烷
‑
环氧丙烷嵌段共聚物、苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚、聚乙烯醇、聚乙烯内酰胺和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。在本专利技术中，所述碳源和吸附剂的质量比优选为2～4:1，更优选为3:1。
[0033]在本专利技术中，所述碳源、钼源、吸附剂和水混合包括：将碳源和钼源溶于水中，再加入吸附剂。在本专利技术中，所述水优选为去离子水。在本专利技术中，所述碳源和钼源优选经依次进行的超声和搅拌溶于水中；所述超声的时间优选为5～15min；所述超声的功率优选为350W；所述搅拌的时间优选为10～30min；所述搅拌的转速优选为500r/min。
[0034]在本专利技术中，所述混合溶液中碳源的质量浓度优选为1～2g/L，更优选为1.5g/L。
[0035]得到混合溶液后，本专利技术将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。在本专利技术中，所述碳布在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面生长碳化钼的柔性三维材料的制备方法，包括以下步骤：将碳源、钼源、吸附剂和水混合，得到混合溶液；将碳布浸泡于所述混合溶液中，取出后进行碳化，得到表面生长碳化钼的柔性三维材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源和吸附剂中总的碳元素和钼源中的钼元素的摩尔比为1：2。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳源包括无水柠檬酸、葡萄糖和三聚氰胺中的一种或几种。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钼源包括钼酸钾、钼酸铵、钼酸钠、钼酸和氧化钼中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸附剂包括环氧乙烷
‑
环氧丙烷嵌段共聚物、聚氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋江民，江野，鞠治成，庄全超，崔永莉，史月丽，陈亚鑫，
申请(专利权)人：江苏省中以产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：