一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，公开了一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池，该改性三维电极材料由三维复合活性材料

【技术实现步骤摘要】
一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池
。

技术介绍

[0002]众所周知，人类的发展离不开能源，而传统化石能源的急剧消耗带来的环境压力和能源枯竭问题已经非常严重，因此，使用清洁能源代替传统化石能源刻不容缓
。
由于水能
、
潮汐能
、
风能以及太阳能等清洁能源在实际应用中存在不可连续的问题，因此电能逐渐成为清洁能源的首选
。
大规模发展电能首先需要开发电能的存储和转换设备，锂离子电池以其较高的比容量和能量密度，以及较快的响应速度，在便携式电子设备和电动汽车等大型储能系统领域展现出了巨大的应用前景，但是锂元素在地壳中的储量十分有限，而且分布不均，因此价格较高，实际上难以普及应用，钠与锂属于同一主族，具有相似的物理化学性质，因此，对钠离子电池的开发成为大势所趋
。
由于钠离子电池的电极材料对钠离子电池的容量等性能具有决定性作用，因此，开发出性能优异的钠离子电池电极材料，对钠离子电池进一步发展影响巨大
。
[0003]传统钠离子电池往往采用石墨等碳基负极材料，容量较低的缺点使其难以实现高能量密度的要求，而利用多孔聚合物制备的多孔碳材料具有高比表面积和孔隙率，以及优异的化学稳定性和结构可调性，因此，比常规碳材料具有更加优异的电化学性能，例如申请号为
CN201911067294.9
的中国专利技术专利公开了一种三嗪
‑
咔唑聚合物在有机电极材料中的应用，利用
2,4,6
‑
三（
9H
‑
咔唑
‑9‑
基）
‑
1,3,5
‑
三嗪单体中咔唑基中的芳香环经偶联聚合，形成结构稳定，且具有大量孔洞的大分子共轭聚合物，以其为主要活性物质制得的有机电极材料，可作为钾离子电池的负极材料，具有高倍率
、
高循环稳定性的电化学特性，但是该种大分子聚合物导电性欠佳，因此倍率性能表现一般
。
[0004]碳纳米管等碳基电极材料虽具有良好的电化学性能，但是结构中强烈的
π
‑
π
相互作用会导致彼此之间产生堆积，进而发生团聚现象，导致电化学性能发生下降，基于此，本专利技术提供了一种氮
/
硫掺杂多孔碳
‑
碳纳米管三维复合活性材料，直接作为钠离子电池电极材料中的活性物质，可使钠离子电池展现出优异的电化学性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种改性三维电极材料的制备方法与钠离子电池，解决了碳纳米管之间的
π
‑
π
堆积作用导致电化学性能欠佳的问题，制备得到了性能优异的复合活性材料，将其作为钠离子电池的电极材料中的活性物质，可使钠离子电池表现出高比容量，良好的倍率性能好以及循环稳定性
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种改性三维电极材料的制备方法，所述改性三维电极材料包括以下重量份的原料：三维复合活性材料
80
‑
90
份
、
聚偏氟乙烯粘结剂5‑
10
份
、
导电炭黑5‑
10
份；所述三维复合
活性材料是通过在酸化碳纳米管表面接枝多孔聚合物，再将其碳化制得；所述多孔聚合物包括噻吩结构和三嗪结构；
[0008]所述改性三维电极材料的制备方法具体为：
[0009]将重量份的三维复合活性材料
、
聚偏氟乙烯粘结剂和导电炭黑混合均匀，倒入
N
‑
甲基吡咯烷酮中，搅拌混合至形成均匀的膏状物，制得改性三维电极材料
。
[0010]进一步地，所述三维复合活性材料的制备方法包括以下步骤：
[0011]步骤一：将酸化碳纳米管超声分散在纯水中，形成分散液，向分散液中加入
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪，室温搅拌1‑
3h
后，离心分离固体物料，水洗，干燥，得改性碳纳米管；
[0012]步骤二：将改性碳纳米管分散在二甲基亚砜中，加入噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛，通氮气除氧，将体系温度升高至
45
‑
50℃
，搅拌1‑
2h
后，控制滴加时间，向体系中加入
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪，加毕，继续升高体系温度进行聚合反应，反应结束后，待物料自然冷却，使用四氢呋喃洗涤沉淀产物，并在四氢呋喃中索氏提取
12
‑
18h
，真空干燥，得碳纳米管
/
多孔聚合物中间体；
[0013]步骤三：将碳纳米管
/
多孔聚合物中间体与氢氧化钾搅拌充分混合，置于高纯惰性气体保护的程序升温管式炉中进行碳化，碳化产物依次使用盐酸和去离子水进行洗涤，真空干燥，得氮
/
硫掺杂多孔碳
‑
碳纳米管三维复合活性材料
。
[0014]进一步地，步骤一中，所述酸化碳纳米管和
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪的质量比为
1:2
‑
5。
[0015]进一步地，步骤二中，所述滴加时间为
20
‑
30min。
[0016]进一步地，步骤二中，所述改性碳纳米管
、
噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛和
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪的质量比为
1:5
‑
15:18
‑
50。
[0017]进一步地，步骤二中，所述聚合反应的温度为
150
‑
160℃
，搅拌反应
12
‑
24h。
[0018]进一步地，步骤三中，所述惰性气体为
N2或者
Ar2中的任意一种
。
[0019]进一步地，步骤三中，所述碳化时的升温程序为：以2‑
5℃/min
的升温速率，升温至
750
‑
800℃
，保温碳化1‑
3h。
[0020]进一步地，步骤三中，所述盐酸的百分比浓度为
10
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改性三维电极材料的制备方法，其特征在于，所述改性三维电极材料包括以下重量份的原料：三维复合活性材料
80
‑
90
份
、
聚偏氟乙烯粘结剂5‑
10
份
、
导电炭黑5‑
10
份；所述三维复合活性材料是通过在酸化碳纳米管表面接枝多孔聚合物，再将其碳化制得；所述多孔聚合物包括噻吩结构和三嗪结构；所述改性三维电极材料的制备方法具体为：将重量份的三维复合活性材料
、
聚偏氟乙烯粘结剂和导电炭黑混合均匀，倒入
N
‑
甲基吡咯烷酮中，搅拌混合至形成均匀的膏状物，制得改性三维电极材料
。2.
根据权利要求1所述的一种改性三维电极材料的制备方法，其特征在于，所述三维复合活性材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将酸化碳纳米管超声分散在纯水中，形成分散液，向分散液中加入
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪，室温搅拌1‑
3h
后，离心分离固体物料，水洗，干燥，得改性碳纳米管；步骤二：将改性碳纳米管分散在二甲基亚砜中，加入噻吩
‑
2,5
‑
二甲醛，通氮气除氧，将体系温度升高至
45
‑
50℃
，搅拌1‑
2h
后，控制滴加时间，向体系中加入
2,4,6
‑
三（4‑
氨基苯基）
‑
1,3,5
‑
三嗪，加毕，继续升高体系温度进行聚合反应，反应结束后，待物料自然冷却，使用四氢呋喃洗涤沉淀产物，并在四氢呋喃中索氏提取
12
‑
18h
，真空干燥，得碳纳米管
/
多孔聚合物中间体；步骤三：将碳纳米管
/
多孔聚合物中间体与氢氧化钾搅拌充分混合，置于高纯惰性气体保护的程序升温管式炉中进行碳化，碳化产物依次使用盐酸和去离子水进行洗涤，真空干燥，得氮
/
硫掺杂多...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹伟民，康书文，沈智，鲁生勇，卢毅，
申请(专利权)人：江苏传艺钠电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：