[發明專利]一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法在審
| 申請號： | 202010935884.5 | 申請日： | 2020-09-08 |
| 公開（公告）號： | CN112038630A | 公開（公告）日： | 2020-12-04 |
| 發明（設計）人： | 時志強;任慶娟;閆磊;王靜;張桂芳 | 申請（專利權）人： | 天津工業大學 |
| 主分類號： | H01M4/583 | 分類號： | H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;H01M4/04;D04H1/728;D01D5/00;D04H1/56 |
| 代理公司： | 北京市領專知識產權代理有限公司 11590 | 代理人： | 陳有業;任永利 |
| 地址： | 300387 *** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 鈉離子 電池 多孔 道碳基 電極 及其 制備 方法 | ||
1.一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法，其特征在于，該電極是由以下制備方法獲得：
(1)配制含高分子前驅體和水溶性物質的混合溶液；
(2)將混合溶液通過紡絲、涂覆、噴霧等方式制備成一維納米纖維、二維平板膜和三維微球顆粒的復合材料；
(3)將復合材料通過水溶劑誘導的方式進行相分離，使可溶于水的物質分離，得到不溶的多孔道的碳前驅體材料；
(4)將多孔道的碳前驅體材料進行預氧化、炭化處理，可得到多孔道碳基電極材料。
2.根據權利要求1所述的一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述配制的混合溶液的具體步驟如下：
將高分子前驅體和水溶性物質溶于有機溶劑中，配制成濃度為1～30wt％的紡絲溶液、1～30wt％鑄膜液或0.1～5wt％的噴霧溶液，在40～100℃的溫度下，攪拌0.5～48h后，得到均一透明的混合溶液。
3.根據權利要求1所述的一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法，其特征在于，步驟(2)制備成復合材料的步驟及條件如下：
紡絲工藝條件：將獲得的紡絲溶液置于加料器中，以一定的速率進料，采用靜電紡絲、熔噴等工藝得到紡絲纖維復合膜；復合膜厚度為30～300μm。
涂覆工藝條件：將獲得的鑄膜液均勻的傾倒在載體上，采用10～300μm的輥縫或刮刀間隙進行刮膜，得到鋪展的均勻液態薄層。
噴霧工藝條件：將獲得的噴霧溶液以10～800mL/h的進料速度，進口溫度為100～220℃，出口溫度為50～70℃的條件下進行噴霧，得到微米級的微球顆粒。
4.根據權利要求1所述的一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法，其特征在于，步驟(3)所得多孔道的前驅體材料所采用得水溶劑誘導的方式進行相分離，具體步驟如下：
將上述紡絲纖維復合膜在30～100℃的水中進行超聲處理后，將水溶性物質分離。隨后，將紡絲纖維復合膜取出并進行干燥處理，得到多孔道納米纖維膜。
將上述涂覆在載體上的液態薄層放入水溶液中，完成高分子材料的相轉化和水溶物質的溶解，得到均勻的平板膜，并進行干燥處理，得到多孔道平板膜。
將上述噴霧制備的微米級顆粒在30～100℃的水中進行超聲處理后，將水溶性物質分離；并將微米級顆粒取出并進行干燥處理，得到多孔道微米級顆粒。
5.根據權利要求1所述的一種鈉離子電池的多孔道碳基電極及其制備方法，其特征在于，步驟(4)具體的預氧化，炭化處理步驟如下：
將上述所有烘干后得到的多孔道的前驅體材料，在氧化性氣氛中進行預氧化處理，預氧化溫度為120～400℃，保溫時間為1～12小時；然后繼續在惰性氣氛中500～2800℃下碳化1-5小時，即可獲得多孔道的碳基負極材料。其中，獲得的多孔道納米纖維膜和平板膜都可以直接作為柔性自支撐負極，而多孔道微球顆粒需要進行電極制備后作為負極。
上述所得多孔道的碳基電極，其形貌特征在于，纖維直徑100～1000nm，平板膜厚度為10～300μm，微米級顆粒直徑為0.5～20μm；其微觀結構特征在于，其類石墨微晶層間距為0.36～0.41nm、比表面積為1～700m2/g、孔容為0.01～0.45cm3/g。
6.根據權利要求1和2所述的高分子前驅體為聚丙烯腈，聚氯乙烯、聚偏氟乙烯，聚醚醚酮中的一種或幾種；水溶性物質為聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乙二醇中的一種或幾種；有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，丙酮，四氫呋喃中的一種或幾種混合溶液。
7.根據權利要求1，2，6所述的高分子前驅體和水溶性物質的比例為(1:0.1～1:5)；有機溶液中任意兩種比例為(1:0～1:3)。
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