基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池及其制备方法与应用

【技术实现步骤摘要】
基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及双离子电池，具体涉及一种基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池及其制备方法与应用，属于可充电电池储能装置

。

技术介绍

[0002]人类文明的发展离不开能源的驱动
。
然而，近几十年来全球发生了多次能源危机，使得人们对于能源的供应问题越来越关注
。
同时随着经济社会的快速发展，人们对于能源的需求越来越大
。
因此，为了满足日益增长的能源需要和保障能源安全，太阳能和风能等新型能源来源得到了大力的开发
。
新能源内在的间歇性和周期性从而也促使了高效储能装置的需要，其中在众多储能技术之中，电化学化学储能是一种非常有效
、
简单和便利的储能技术
。
[0003]锂离子电池是电化学化学储能可充电电池的典型代表，具有较高的能量密度和优异的循环寿命，在电动汽车
、
便携式电子设备和储能电站等领域已有广泛的应用
。
然而，锂资源在地球上含量较低，且分布极为不均，在电网级大规模应用中存在供应不足的危险
。
另外锂离子电池因锂枝晶和有机电解液易燃的问题导致其安全性让人担忧
。
频频发生的电动汽车起火自燃事件不断考验着人们对于锂电安全的信心
。
因此，开发高性能
、
安全和低成本的新型可充电电池体系十分必要
。
[0004]双离子电池具有着不同于锂离子电池
(
摇椅式电池
)
的工作机制，其依赖于电解质中的阴阳离子在正负极上的嵌入与脱出，因此具有较高的输出电压，可以实现较高的能量密度
。
同时其正负极材料可不含镍钴锂等价格较高的金属，极大的降低了成本，有利于大规模应用，是十分有竞争力的锂离子电池替代产品
。
[0005]双离子电池的正负极材料主要为石墨类碳材料
。
石墨具有二维层状结构，有利于离子的嵌入与脱出
。
然而石墨的理论比容量较低，以石墨嵌锂为例，其理论比容量仅为
372mAhg
‑1。
同时石墨在循环过程还存在着严重的体积膨胀，严重影响了循环稳定性
。
近年来，硫属化合物比如，二硫化钼，二硫化钨等因具有较大的层间距和二维层状结构倍受关注，是一种非常有潜力的负极材料
。
但单一硫属化物通常表现较低的离子电导性，具有较差的反应动力学
。
同时组装的双离子电池比容量较低
。
如中国专利技术专利
CN110635112B
构建了一种硒化钼
‑
石墨双离子电池，使用硒化钼作为负极材料，
100
次循环以后放电比容量仅为
86mAhg
‑1,
同时还需对正极进行预循环，操作十分繁琐
。
[0006]中国专利技术专利申请
CN114094078A
公开了一种氮掺杂碳包覆的金属硫化物异质结构
p MoS2/nBi2S3@NC
复合电极材料，其制备过程复杂且需要高温热解
。
中国专利技术专利申请
CN108539175A
公开了一种二硫化钼
/
二硫化锡
/
石墨烯复合材料及其制备方法，通过水热法将二硫化钼
/
二硫化锡水平生长于石墨烯的表面，该复合材料以石墨烯作为衬底只能提升水平方向的离子电导率，不能提升纵向的离子电导率
。
另外二硫化钼与二硫化锡在该技术中只是作为单体存在，两者形成的结构是水平界面接触式生长，在循环中，循环稳定性较
差
。
因此，现有的硫属负极材料的离子电导率
、
放电比容量以及容量保持率难以满足当前构建高性能双离子电池的需要
。
[0007]因此，本专利技术针对当前双离子电池比容量低，循环寿命差和自放电率高的问题，开发一种具有高容量
、
循环稳定性优异，自放电率低的双离子电池
。

技术实现思路

[0008]针对现有的技术问题，本专利技术旨在提供高容量
、
循环稳定性优异，自放电率低的双离子电池制备方法
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下所示；
[0010]基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池：正极由无支撑石墨纸类材料构成，电解液由锂盐电解质组成；负极为碳纳米管修饰的金属硫化物异质结；所述的负极通过如下方法制备：将粘接剂溶于
N
‑
甲基吡咯烷酮或者去离子水中，将
(SnS2‑
MoS2)@CNTs
与乙炔黑混合，加入到分散有粘接剂的溶液中，搅拌；
[0011]所述的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs
通过如下方法制备：将二水合钼酸钠和硫代乙酰胺溶于去离子水中，搅拌溶解，加入二硫化锡
、
十六烷基三甲基溴化铵和多壁碳纳米管，搅拌后移反应釜中，在
180
～
210℃
下反应6‑
8h
；冷却以后，洗涤；超声波清洗，预冻后冷冻干燥，得多孔花状的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs。
[0012]为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的二水合钼酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为2～
4:1
，二硫化锡与二水合钼酸钠的摩尔比为
0.5
～
1:1
，十六烷基三甲基溴化铵与二水合钼酸钠的质量比为
0.04
～
0.08:1
，多壁碳纳米管的与二水合钼酸钠的质量比为
0.04
～
0.1:1。
[0013]优选地，每毫摩尔二水合钼酸钠加入5‑
10
毫升去离子水；所述的洗涤是依次用去离子水和无水乙醇多次洗涤；所述的超声波清洗的时间为
20
～
30min
；所述的预冻是放入冰箱进行；预冻的温度为
‑
18C
°
～
‑
24C
°
，预冻的时间为
12
‑
24h
；所述的冷冻干燥的温度为
‑
35C
°
～
‑
40C
°
，时间为
48
～
72h。
[0014]优选地，所述的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs、
乙炔黑和粘接剂的质量比为
70
～
80:20
～
10:10
；每质量份粘接剂溶于
40
‑
70
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池，其特征在于：正极由无支撑石墨纸类材料构成，电解液由锂盐电解质组成；负极为碳纳米管修饰的金属硫化物异质结；所述的负极通过如下方法制备：将粘接剂溶于
N
‑
甲基吡咯烷酮或者去离子水中，将
(SnS2‑
MoS2)@CNTs
与乙炔黑研磨混合，加入到分散有粘接剂的溶液中，搅拌；所述的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs
通过如下方法制备：将二水合钼酸钠和硫代乙酰胺溶于去离子水中，搅拌溶解，加入二硫化锡
、
十六烷基三甲基溴化铵和多壁碳纳米管，搅拌后移反应釜中，在
180
～
210℃
下反应6‑
8h
；冷却以后，洗涤；超声波清洗，预冻后冷冻干燥，得多孔花状的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs。2.
根据权利要求1所述的基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池，其特征在于：所述的二水合钼酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为2～
4:1
，二硫化锡与二水合钼酸钠的摩尔比为
0.5
～
1:1
，十六烷基三甲基溴化铵与二水合钼酸钠的质量比为
0.04
～
0.08:1
，多壁碳纳米管
‑
与二水合钼酸钠的质量比为
0.04
～
0.1:1。3.
根据权利要求1所述的基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池，其特征在于：每毫摩尔二水合钼酸钠加入5‑
10
毫升去离子水；所述的洗涤是依次用去离子水和无水乙醇多次洗涤；所述的超声波清洗的时间为
20
～
30min
；所述的预冻是放入冰箱进行；预冻的温度为
‑
18C
°
～
‑
24C
°
，预冻的时间为
12
‑
24h
；所述的冷冻干燥的温度为
‑
35C
°
～
‑
40C
°
，时间为
48
～
72h。4.
根据权利要求1所述的基于石墨纸正极和硫化物异质结负极的双离子电池，其特征在于：所述的
(SnS2‑
MoS2)@CNTs、
乙炔黑和粘接剂的质量比为
70
～
80:20
～
10:10
；每质量份粘接剂溶于
40
‑
70
质量份
N
‑
甲基吡咯烷酮或者去离子水中
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁文辉，方耀兵，高学农，张正国，郑文，李莉，
申请(专利权)人：华南理工大学珠海现代产业创新研究院，
类型：发明
国别省市：