二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝制造技术

本发明专利技术属于二次电池正极材料领域，具体涉及一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝/碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法


[0001]本专利技术属于二次电池正极材料领域，具体涉及一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法
。

技术介绍

[0002]随着时代的发展，储能系统在人类社会中占据着越来越重要的地位，受制于锂资源短缺，世界各国已将目光聚焦于钠离子电池的研究与开发
。
在新一代钠离子储能中，钠离子较大的离子半径严重限制了常规锂离子负极材料在钠离子电池中的应用，这也对电极材料提出了更高的要求
。
研究表明，扩大晶 面间距
、
引入缺陷
、
增大比表面积和孔隙度是提升活性材料储钠能力的主要思路
。
[0003]碳纤维在钠离子电池中正负极中有着十分广泛的应用，
CN 113279091 A 公开了一种采用模板法的多孔碳纤维制备方法，此种多孔碳纤维内部具有连续
、
均匀的一维孔道，有利于电解液的浸润，也有利于离子的扩散和迁移，提高离子的迁移速率，进而能够增加负极材料的克容量，有效提高电池的倍率性能
、
可逆容量和循环稳定性
。CN 108417898 A 公开了一种基于碳纤维复合电极的柔性线状锂
/
钠电池及其制备方法，本专利技术通过水热法获得碳纤维复合活性正极，经电池组装工序后得到柔性锂
/
钠电池，本专利技术方法制得的电池质量轻，体积小，易于编织和集成，能够有效应用于柔性可穿戴设备中
。CN 110556534 A
公开了一种红磷
/
聚乙烯吡咯烷酮碳纤维电池负极材料的方法，采用静电纺丝及热处理制备得到尺寸均匀的磷基碳纤维，该材料作为钠离子电池负极材料，展现出优良的电化学性能，该方法成本低廉
、
合成工艺简单
、
易于大规模生产
。
[0004]为了解决现有技术中存在的碳材料作为钠离子电池负极表现出较差的倍率性能和循环稳定性的问题，本专利技术采用了二氧化碳气氛处理铝镁合金，获得多孔铝
/
碳复合基底，并通过化学气相沉积法在多孔铝
/
碳复合基底上原位生长具有更大层间距的碳纤维
。
本专利技术区别于上述专利，采用二氧化碳对铝镁合金进行预处理，可有效利用二氧化碳资源，减少制备过程中有毒气体的释放，是一种经济绿色的方法；二氧化碳与镁反应所形成的碳层以及酸洗后所形成的多孔铝基底，可为
Ni/Y
催化剂提供更多附着位点，同时也能够增加电解液对电极的浸润程度，缩短离子
/
电子扩散距离，提高其扩散速率，从而提升负极材料的循环稳定性
、
可逆容量和倍率性能
。
多孔铝
/
碳复合基底与集流体具有相同作用，原位生长碳纤维后可作为一体化电极使用，不需使用导电剂与粘结剂，并且具有一定的韧性，能够承受一定角度的弯折，使其将来用于柔性可穿戴器件中成为可能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，采用熔炼
‑
甩带
、
热处理和化学气相沉积相结合的制备工艺，获得了一种碳纤维均匀原位生长的复合柔性一体化负极材料
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的
。
[0007]一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，包括以下步骤：（1）将
Al、Mg
金属颗粒通过熔炼
‑
甩带制备成
Al
‑
Mg
合金条带；（2）将所得
Al
‑
Mg
合金条带至于管式炉中，在二氧化碳气氛下进行热处理，并随炉冷却；随炉冷却后对所得材料进行酸洗，酸洗后使用去离子和酒精洗涤表面酸残留，随后真空干燥获得多孔铝
/
碳复合基底；（3）将干燥后的多孔铝
/
碳复合基底在
Ni/Y
基催化剂中浸泡，随后进行真空干燥处理；干燥后负载催化剂的多孔铝
/
碳复合基底放置于管式炉中心位置，在氩气气氛下进行热处理，获得多孔铝
/
碳复合催化剂载体；（4）在管式炉中继续升温至碳纤维生长温度，在氩气
/
碳源气体混合气氛下原位生长碳纤维，随后关闭碳源气体，在氩气气氛下随炉冷却至室温；（5）将多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料在浓硝酸中浸泡进行活化改性处理，将得到的活性多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料用去离子水和酒精反复冲洗并真空干燥
。
[0008]步骤（1）所述
Al、Mg
金属颗粒纯度
≥99.99%
，粒度为1‑
3 mm
；按照
Al:Mg = (30
‑
50):(50
‑
70)
的原子比进行熔炼
‑
甩带制备
Al
‑
Mg
合金条带，甩带机转速频率为
40
‑
55 Hz
，转速为
13
‑
20 m/s。
[0009]优选的，按照
Al:Mg =40:60
的原子比进行熔炼
‑
甩带制备
Al
‑
Mg
合金条带，甩带机频率
50 Hz
，转速
18 m/s。
[0010]步骤（2）所述二氧化碳气体纯度
≥99.99%
，热处理温度
500
‑
700℃
；所述酸洗的溶液为稀盐酸溶液，溶液浓度为
0.05
‑
0.2 mol/L
，酸洗时间2‑
8 h。
[0011]优选的，所述稀盐酸溶液浓度
0.1 mol/L
，酸洗时间
4 h。
[0012]步骤（3）所述
Ni/Y
基催化剂中
Ni(NO3)2·
6H2O 和 Y(NO3)3·
6H2O
摩尔比为
(1
‑
2):(1
‑
2)
，浓度为
0.0005
‑
0.002 mol/L
，浸泡时间为
0.1
‑
1 h
，真空干燥温度
60
‑
80 ℃。
[0013]优选的
Ni/Y
基催化剂中
Ni(NO3)2·
6H2O 和 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将
Al、Mg
金属颗粒通过熔炼
‑
甩带制备成
Al
‑
Mg
合金条带；（2）将所得
Al
‑
Mg
合金条带至于管式炉中，在二氧化碳气氛下进行热处理，并随炉冷却；随炉冷却后对所得材料进行酸洗，酸洗后使用去离子和酒精洗涤表面酸残留，随后真空干燥获得多孔铝
/
碳复合基底；（3）将干燥后的多孔铝
/
碳复合基底在
Ni/Y
基催化剂中浸泡，随后进行真空干燥处理；干燥后负载催化剂的多孔铝
/
碳复合基底放置于管式炉中心位置，在氩气气氛下进行热处理，获得多孔铝
/
碳复合催化剂载体；（4）在管式炉中继续升温至碳纤维生长温度，在氩气
/
碳源气体混合气氛下原位生长碳纤维，随后关闭碳源气体，在氩气气氛下随炉冷却至室温；（5）将多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料在浓硝酸中浸泡进行活化改性处理，将得到的活性多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料用去离子水和酒精反复冲洗并真空干燥
。2.
如权利要求1所述的一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，其特征在于：步骤（1）所述
Al、Mg
金属颗粒纯度
≥99.99%
，粒度为1‑
3 mm
；按照
Al:Mg = (30
‑
50):(50
‑
70)
的原子比进行熔炼
‑
甩带制备
Al
‑
Mg
合金条带，甩带机转速频率为
40
‑
55 Hz
，转速为
13
‑
20 m/s。3.
如权利要求2所述的一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，其特征在于：按照
Al:Mg =40:60
的原子比进行熔炼
‑
甩带制备
Al
‑
Mg
合金条带，甩带机频率
50 Hz
，转速
18 m/s。4.
如权利要求1所述的一种二氧化碳气氛制备用于钠离子电池的多孔铝
/
碳纤维复合柔性一体化负极材料的方法，其特征在于：步骤（2）所述二氧化碳气体纯度
≥99.99%
，热处理温度
500
‑
700℃
；所述酸洗的溶液为稀盐酸溶液，溶液浓度为
0.05
‑
0.2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙仕昊，方明，吴青，刘柳，裴彪，张文善，卢俊辉，
申请(专利权)人：乐普钠电新材料六安有限公司，
类型：发明
国别省市：