一种PTCDI电极材料的电化学活化方法技术

本发明专利技术涉及钙离子电池技术领域，具体是一种PTCDI电极材料的电化学活化方法，具体包括以下步骤：（1）将0.5M CaCl2水溶液作为电解液置于电解池中；（2）将PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成浆料，将制备好的浆料涂覆在碳纤维纸衬底上；（3）将涂覆有浆料的碳纤维纸电极充分干燥得到电极片；（4）将得到的电极片置于电解液中进行电化学活化，最终得到钙离子电池负极；（5）对PTCDI负极材料进行电化学性能测试，本发明专利技术PTCDI电极材料的电化学活化方法，可以有效地增加PTCDI电极与电解液之间的润湿性，并且有效提升其放电比容量。并且有效提升其放电比容量。并且有效提升其放电比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种PTCDI电极材料的电化学活化方法


[0001]本专利技术涉及钙离子电池
，具体是一种PTCDI电极材料的电化学活化方法。

技术介绍

[0002]早在1935年，钙离子作为添加剂在铅酸电池中得以应用。钙离子电池相对于Li离子电池而言，钙金属储量丰富约为3.45%，远高于锂的储量。而钙离子电池是以钙离子作为载流子，理论上多价离子作为载流子对比单价离子作为载流子可以得到多倍的容量。并且钙离子同样具有较低的还原电位，约为
‑
2.87 V vs. NHE，这使得钙离子电池可以达到较宽的电位窗口实现高能量密度。虽然钙离子电池有诸多优点，但是由于钙离子高的电荷密度会使得钙离子与宿主之间产生强的静电相互作用，不利于钙离子的存储，使得容量较低。同时钙离子的离子半径较大导致离子扩散缓慢，使得电池整体倍率性能不高，并且容易造成电极材料体积膨胀使得电池稳定性能降低。因此对于Ca离子电池的电极材料提出更高的要求，材料要在保证稳定的前提下具有更大的离子通道，用来进行钙离子存储。
[0003]现有的技术中，钙离子电池正极材料包含金属氧化物，普鲁士蓝类似物以及具有三维隧道结构的尖晶石结构和钙钛矿结构的材料。常见钙离子电池负极材料包括金属钙，合金化合物，碳材料和有机物。对于金属钙负极而言，在充放电过程中金属钙离子发生沉积剥落反应，同时伴有SEI膜的形成，SEI膜的性能直接影响电极的性能。对于合金化合物电极而言，通常具有较高的比电容，并且能够避免SEI膜复杂的影响，但是合金化合物材料在反应过程中通常伴随着较为严重的体积膨胀，导致稳定性能降低。对于碳材料而言，以石墨为代表的负极材料往往会发生钙离子的嵌入脱出进行能量存储，由于具有较高的嵌入电位，因此通常表现出较高的比电容，但同样由于离子的嵌入会导致较为严重的体积膨胀问题。而对于有机物电极材料而言，种类繁多结构易于调整。以芳香族分子晶体PT (C
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H
10
O4)为例，PT中的羰基在电化学还原过程中，阳离子通过吸附到带负电的氧原子上完成化学能到电能的转换。但是有机物电极同样存在易于溶解在电解液中这一缺点。与Li离子电池、Na离子电池相比，关于Ca离子电池的研究相对较少。因此开发高性能的钙离子存储材料对于钙离子电池的发展至关重要。
[0004]目前，在可充电钙离子电池中，PTCDI （C
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H
10
N2O4）电极材料存在放电比容量较低，以及和电解液之间浸润性较差等问题，因此，针对以上现状，迫切需要开发一种PTCDI电极材料的优化方法，以克服当前实际应用中的不足。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种PTCDI电极材料的电化学活化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种PTCDI电极材料的电化学活化方法，具体包括以下步骤：（1）将0.5M CaCl2水溶液作为PTCDI电极材料电化学活化的电解液置于电解池中；
（2）将PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成浆料，将制备好的浆料涂覆在碳纤维纸衬底上；（3）将步骤（2）中涂覆有浆料的碳纤维纸电极充分干燥得到电极片；（4）将步骤（3）中得到的电极片置于步骤（1）中的电解液中进行活化，最终得到钙离子电池负极材料；（5）对步骤（4）得到的PTCDI负极材料进行电化学性能测试。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（2）中，所述PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成浆料的质量比为7：1.5：1.5，乙醇作为溶剂。
[0008]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（4）中，电极片活化的方法具体如下：在0.5M的CaCl2电解液中，利用3 mV s
‑1的扫速对电极片进行循环伏安法活化3圈；扫描电位范围为
‑
1～0 V，初始电位设置为开路电位。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（5）中，对PTCDI负极材料进行电化学性能测试的过程中，经过低浓度CaCl2活化后的样品在5M CaCl2电解液中进行测试，在1000 mA g
‑1的电流密度下，放电比电容为116 mAh g
‑1，库伦效率为98%。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述PTCDI负极材料在放电的过程中
‑
C=O还原为
‑
C
‑
O
‑
，随后Ca
2+
嵌入并与之结合。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：所述PTCDI电极材料在活化过程和测试过程中均采用三电极体系完成，其中，铂片和饱和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，PTCDI作为工作电极。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在本专利技术中，利用电化学的方法对钙离子电池的负极材料PTCDI进行活化，可以有效地增加PTCDI电极与电解液之间的润湿性，并且有效提升其放电比容量；原始的PTCDI材料在5M CaCl2电解液中进行Ca离子存储，在1000 mA g
‑1的电流密度下放电比容量仅为0.32 mAh g
‑1，通过本专利技术的活化方法，可以有效提升PTCDI负极的比电容，使其在1000 mA g
‑1的电流密度下，放电比电容可高达116 mAh g
‑1，同时当电流密度增加到3000 mA g
‑1时，容量维持率为92%，活化后的电极同时具有良好的倍率性能，并且解决了PTCDI电极材料对于Ca离子存储性能较差的问题。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例中三电极体系结构示意图。
[0014]图2为本专利技术实施例中PTCDI负极材料储钙机理示意图。
[0015]图3为本专利技术实施例中PTCDI负极的电化学性能测试结果示意图。
[0016]图4为本专利技术实施例中0.5M CaCl2电解液中活化PTCDI电极的电化学过程示意图。
[0017]图5为本专利技术实施例中PTCDI电极活化前和活化后的扫描电子图像。
[0018]图6为本专利技术实施例中活化后和活化前的PTCDI电极在5M CaCl2电解液中的恒流充放电曲线图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述。
[0021]请参阅图1
‑
图6，本专利技术实施例提供的一种PTCDI电极材料的电化学活化方法，具体包括以下步骤：（1）将0.5M CaCl2水溶液作为PTCDI电极材料电化学活化的电解液置于电解池中；（2）将PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PTCDI电极材料的电化学活化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将0.5M CaCl2水溶液作为PTCDI电极材料电化学活化的电解液置于电解池中；（2）将PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成电极浆料，将制备好的浆料涂覆在碳纤维纸衬底上；（3）将步骤（2）中涂覆有浆料的碳纤维纸电极充分干燥得到电极片；（4）将步骤（3）中得到的电极片置于步骤（1）中的电解液中进行活化，最终得到钙离子电池负极材料；（5）对步骤（4）得到的PTCDI负极材料进行电化学性能测试。2.根据权利要求1所述的PTCDI电极材料的电化学活化方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述PTCDI、super P和Nafion膜溶液制备成浆料的质量比为7：1.5：1.5，乙醇作为溶剂。3.根据权利要求2所述的PTCDI电极材料的电化学活化方法，其特征在于，在步骤（4）中，电极片活化的方法具体如下：在0.5M的CaCl2电解液中，利用3 mV s
‑1的扫速对电极片进行循环伏安法活化3圈；扫描电位范围为
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓霆，郑莹，解小林，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：