一种双离子电池正极制备方法技术

本发明专利技术涉及一种优化的碳纤维纸为双离子电池正极的制备方法，属于电化学储能技术领域。本发明专利技术的制备方法包括：将碳纤维纸作为工作电极放入稀硫酸中，在特定的电压下对其进行不同时间的恒电压充电处理，清洗干燥后得到极片；本发明专利技术以具有部分石墨化结构的交错三维碳纤维纸作为优化对象，对其进行电化学活化以增大其石墨层间距，促进了阴离子的快速迁移，有效提高了双离子电池正极的存储容量。本发明专利技术提供的双离子电池比容量高、循环寿命长，制备成本低廉，制备工艺简单，适合大规模工业化生产。适合大规模工业化生产。适合大规模工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种双离子电池正极制备方法


[0001]本专利技术属于新兴双离子电池储能体系领域，具体涉及一种可存储阴离子的一体化双离子电池正极材料。

技术介绍

[0002]以石墨作为正极和负极材料的双离子电池由于具有良好的可持续性、长循环寿命、高能量密度和低成本，已成为近年来的热点研究领域。在充电过程中，双离子电解液中的阴离子嵌入正极，阳离子同时嵌入负极极；在放电过程中，阴离子和阳离子从正极和负极脱出回到电解液中。在该机制中，阴离子在正极中的来回脱嵌过程为整个体系提供了4.5V(vs.Li/Li
+
)以上的高工作电压，极大地提高了电池体系的能量密度。
[0003]然而，在大多数可用的电解质中，阴离子的尺寸通常相当大。当多原子阴离子所占的空间大于石墨层间距离时，会引发活性物质从集流体剥落，导致容量和循环寿命不理想。基于此，一般对石墨进行多孔处理或3D气凝胶处理，使多孔结构/3D交联结构为石墨的体积膨胀预留孔间。然而，上述处理方法过程复杂且产量低。
[0004]此外，常见的电解液配方中，较大的阴离子仍存在缓慢的动力学的弱点，降低了正极反应的比电容和速率能力。加快阴离子插层过程的动力学是提高石墨碳在双离子电池中的电化学性能的关键步骤。离子在电极材料内部的扩散决定了电池的整体性能。阴离子嵌入到石墨层间后，阴离子只能在相邻的两个石墨烯层中一个接一个地向集电极移动。前面的阴离子的缓慢移动可能会阻碍后续离子的进入，从而降低了主体材料中载流子数量及响应速度。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种双离子电池正极制备方法，旨在有效提高双离子电池石墨基正极材料容量。本专利技术所制备的活化碳纤维纸正极具有以下优点：(1)具有优秀的正极存储容量；(2)提高了电池低电位的利用率；(3)制备工艺简单高效、产量高、成本低、适用于大规模生产。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种双离子电池正极制备方法，该方法为：采用0.2～2mol/L的稀硫酸作为反应电解液，对碳纤维纸进行电解活化；所述碳纤维纸接阴极，活化电压范围为2～10V，活化时间为30～600s，将活化处理后碳纤维纸清洗干燥后得到所述电池正极。
[0007]进一步地，铂片作为对电极，甘汞电极作为参比电极。
[0008]与现有双离子石墨正极材料相比，本专利技术的有益效果在于：
[0009]1.本专利技术在相关领域内首次提出以碳纤维纸作为一体化双离子电池正极材料，碳纤维纸具有3D交联结构可缓解阴离子嵌入石墨造成的体积膨胀，作为一体化电极具有高稳定性。
[0010]2.本专利技术所制备的活化碳纤维纸正极材料提高了碳纤维纸中石墨碳的层间距，使
其在3～4.6V发生阴离子的吸脱附反应，在4.6～5V发生阴离子的嵌入脱出反应，提高了阴离子的吸收率，相较于碳纤维纸正极不仅具备高循环稳定性且具有更高的容量。
[0011]3.本专利技术制备工艺简单高效、产量高、成本低、适用于大规模生产。
附图说明
[0012]图1(a)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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100s的X射线衍射谱，图1(b)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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100s的恒流充放电曲线，图1(c)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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100s的循环稳定性测试图。
[0013]图2(a)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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60s的X射线衍射谱(XRD)，图2(b)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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60s的恒流充放电曲线，图2(c)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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60s的循环稳定性测试图。
[0014]图3(a)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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300s的X射线衍射谱(XRD)，图3(b)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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300s的恒流充放电曲线，图3(c)是碳纤维纸和碳纤维纸
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10V
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300s的循环稳定性测试图。
[0015]图4(a)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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500s的X射线衍射谱(XRD)，图4(b)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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500s的恒流充放电曲线，图4(c)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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500s的循环稳定性测试图。
具体实施方式
[0016]针对上述问题，本专利技术首先选用一体化3D交联的碳纤维纸作为双离子电池正极材料。碳纤维纸为石墨碳及无定形碳相结合的三维交联复合材料，具有高导电性和化学稳定性，使其不仅可以作为衬底，还可以作为活性材料容纳离子在双离子电池中进行储能或释放。其空隙空间可以缓冲阴离子插层/脱插层过程中的体积膨胀/收缩。对其进行恒压充电活化处理，拓宽了碳纤维纸正极中石墨碳的层间距，扩大层间间距可以降低相邻两个石墨烯层间的阴离子输运壁垒，从而提高载流子的输运效率，加速离子迁移，其在3～4.6V发生阴离子的吸脱附反应，在4.6～5V发生阴离子的嵌入脱出反应，提高了阴离子的吸收率，形成一个吸脱附
‑
嵌入脱出结合的多功效正极材料。本专利技术涉及的方法简单便宜可大批量生产具有高容量的双离子电池正极材料，具有极大的实用价值。
[0017]下面结合附图详细说明具体实施步骤如下：
[0018]实施例1
[0019]配制0.5mol/L的稀硫酸作为反应电解液，将碳纤维纸作为工作电极，铂片作为对电极，甘汞电极作为参比电极，在5V的电压下对碳纤维纸进行恒电压充电活化处理，活化时间为100s，将活化处理后碳纤维纸清洗干燥后并命名为碳纤维纸
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5V
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100s。将碳纤维纸
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5V
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100s作为正极，金属锂片作为负极，玻璃纤维为隔膜，电解液为1M LiPF6(EMC)，在充满氩气气氛的手套箱中安装成扣式双离子电池。
[0020]图1(a)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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100s的X射线衍射谱(XRD)，碳纤维纸的XRD峰为26.6
°
，对应于石墨的(002)峰，而碳纤维纸
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5V
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100s的(002)峰向左偏移，说明其石墨碳的层间距增大。图1(b)是碳纤维纸和碳纤维纸
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5V
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100s的恒流充放电曲线，其中碳纤维纸在4.6～5V发生阴离子的嵌入脱出反应，而碳纤维纸
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5V
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100正极在3～4.6V发生阴离子的
吸脱附反应，在4.5～5V发生阴离子的嵌入脱出反应；在1mA/cm2的电流密度下，碳纤维纸的容量为0.067mAh/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双离子电池正极制备方法，其特征在于，该方法为：采用0.2～2mol/L的稀硫酸作为反应电解液，对碳纤维纸进行电解活化；所述碳纤维纸接阴极，活化电压范围为2～10V，活化时间为30～600s，将活化处理后碳纤维纸清洗干燥后得到所述电池正极。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，杨鹤，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：