一种生物质衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种锌碘电池正极材料及其制备方法，制备了一种碘掺杂生物质衍生分层次多孔碳复合材料（BC

【技术实现步骤摘要】
一种生物质衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料


[0001]本专利技术涉及了一种锌碘电池正极材料及其制备方法，制备了一种以BC
HP
/I2复合材料为活性物质的工作电极，属于锌碘电池


技术介绍

[0002]能源和环境是人类可持续发展的两大主题。在环境问题和能源危机的大背景下，对可再生清洁能源的开发和利用实在必行，锂离子电池具有能量密度和功率密度高、自放电率低和循环寿命长的优点，是目前发展最快的二次电池体系。但是锂元素在地壳中的储量比较有限，这导致电池成本居高不下，同时在电池的使用中有机电解液往往有毒，存在环境污染的风险。此外，在循环过程中负极的锂片会出现锂枝晶，随着枝晶的生长会有刺穿隔膜的风险，导致电池内部短路，最终局部过热发生爆炸起火。综上所述，存在的诸多不足激励着研究人员开发具有成本低廉，安全性能好且环境友好的新型二次电池体系。金属
‑
碘电池被认为是一种有潜力的电池体系。
[0003]金属锌是一种高比容量且廉价的电极材料，同时它在水中是稳定的，这使得其可以应用廉价和安全的水系电解液。这些特点使得锌
‑
碘电池在金属
‑
碘电池体系中脱颖而出。但是锌
‑
碘电池也存在一定问题：（1）单质碘及碘化物导电性比较差，因此需要负载在导电性良好的电极材料上。（2）碘在有机和水系的电解质中溶解度都比较高，碘活性物质因为浓度差的原因往锌负极迁移，导致严重的“穿梭效应”。碘活性物质扩散到金属负极表面后发生自放电行为。（3）碘单质在碱性电解液中发生自发的歧化反应。以上几种问题都会导致电池的性能下降。
[0004]因此，开发一种具有优异的导电性能和储电性能，能够改善以上的一种问题或几种问题的新型锌碘电池正极材料具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种生物质衍生多孔碳作为锌碘电池正极材料及其制备方法，目的在于克服现有锌碘电池正极材料的导电性能和储能性能不佳的缺点，提供一种锌碘电池正极材料的制备方法。本专利技术提供的方法将生物质多孔碳与碘结合，多孔碳的导电性良好，同时可以有效的提供电子/离子传导，另外多孔的结构能限制碘脱出，提高正极材料储电性能。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种BC
HP
/I2复合材料工作电极，以BC
HP
/I2复合材料为活性物质，将活性物质与导电剂、粘合剂按照一定比例在溶剂中研磨混合后，涂覆在集流体上面而得。
[0007]所述导电剂为科琴黑。
[0008]所述集流体为不锈钢箔；优选的，所述不锈钢箔的厚度为0.01mm。
[0009]所述粘合剂为聚偏氟乙烯；优选的，聚偏氟乙烯的密度为1.75
‑
1.78g/cm3。
[0010]所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0011]本专利技术还提供所述工作电极的制备方法，包括如下步骤：
（1）将银杏肉用去离子水超声清洗15 min后60
°
C烘干，然后在管式炉中进行预碳化，在空气气氛下300
°
C煅烧4h，升温速率为5
°
C/min；（2）将预碳化的产物加入到50 mL氢氧化钾溶液中混合均匀后冷冻干燥，氢氧化钾的浓度为0.25～1 M；（3）煅烧上述的产物，进行碳化，在Ar气氛下加热到600～900
°
C保温3 h，升温速率为5
°
C/min，得到BC
HP
；（4）将单质碘溶于有机溶剂中，再将BC
HP
加入，混合均匀后挥发溶剂，然后在Ar气氛下加热到130
°
C，保温5h，最后在空气气氛下加热100
°
C，保温3h及得到BC
HP
/I2复合材料，所述的碘与多孔碳的质量比为1～5：1；为了比较，在制备方法基本一样的情况下，将未经步骤（2）中所述的使用KOH造孔步骤的碳命名为BC
NP
。
[0012]（5）所得的BC
HP
/I2复合材料与科琴黑、聚偏氟乙烯通过滴加N
‑
甲基吡咯烷酮混合研磨得到锌碘电池正极浆料；所得的正极浆料涂在不锈钢箔片上，进行烘干、裁片，最终得到锌碘电池正极材料。
[0013]本专利技术的专利技术人经反复研究，提出了一种新的碳碘复合材料制备方法，利用银杏肉碳化造孔成生物质多孔碳，然后在有机溶液中与碘吸附复合成碳碘复合材料。除去有机溶剂后在惰性气体条件下加热，使得碘吸附的更加牢固，防止其从载体碳材料上脱落。生物质多孔碳的导电性良好，可以有效的提供电子/离子传导，另外多孔的结构能限制碘脱出，提高正极材料储电性能。
[0014]具体地，步骤（4）中碘溶解在有机溶剂中，与多孔碳混合后，碘被束缚在碳材料的内部和表面，不会轻易脱落，同时在Ar气氛保护下加热到130
°
C，保温5h，能够让碘与多孔碳结合的更加紧密，从而可以有效的抑制电池的“穿梭效应”，提升了电池循环的稳定性等电化学性能。
[0015]本专利技术提供的制备方法过程简单，原料廉价易得，操作方便；制备得到锌碘电池正极材料具有优异的导电性能和储电性能。
[0016]优选地，所述步骤（2）中所述的氢氧化钾浓度为0.25～1 M；进一步优选为0.5～1 M。
[0017]优选地，所述步骤（3）中所述的碳化温度为600～900
°
C；进一步优选为700～900
°
C。
[0018]优选地，所述步骤（4）中所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或几种。
[0019]优选地，所述步骤（4）中所述的所述的碘与多孔碳的质量比为1～5：1；进一步优选为1～3：1。
[0020]优选地，所述步骤（4）中碘碳材料混合的方式为超声波辅助分散、机械搅拌中的一种或两种。
[0021]具体地，超声波辅助分散的时间为10～60min；优选为10～50min，进一步优选为20～40min。
[0022]机械搅拌的转速为200～300r/min，优选为250r/min。搅拌时间为1～4h，优选为2～3h。
[0023]优选地，挥发溶剂的方法为自然挥发、加热挥发。
[0024]具体地，自然挥发时间为12～48h，优选为24～48h。
[0025]加热挥发温度为40～60
°
C，时间为10～24h；温度优选为40
°
C，时间为12～24h。
[0026]一种锌碘电池正极材料，通过上述制备方法制备得到。
[0027]优选地，所述的锌碘电池正极材料具有明显的多孔结构，碘与多孔碳结合牢固。另外，如多孔碳材料经过N、B或P等一种或多种杂原子掺杂或含有上述杂原子的高分子改性后，其吸附多碘化物的能力会进一步加强，电极的电化学性能更佳。
[0028]当所述碳材料使用含N、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BC
HP
/I2复合材料工作电极，以BC
HP
/I2复合材料为活性物质，将活性物质与导电剂、粘合剂在溶剂中按照一定比例研磨混合后，涂覆在集流体上面制得；所述工作电极在电流密度100 mA g
‑1下循环100次后容量保持在100
‑
100 mAh g
‑1，容量保持率为82
‑
90%；所述BC
HP
/I2复合材料，以生物质材料银杏肉为前驱体制得BC
HP
，BC
HP
具有丰富的多孔结构，衍生的碳材料错落有致，提供了大的比表面积；BC
HP
中存在的这些分层次的多孔结构可以提供丰富的活性位点，有利于BC
HP
吸附碘单质；因此在所制备的BC
HP
/I2复合材料中，碘单质能够均匀的分布在BC
HP
的多孔结构之中；BC
HP
/I2复合材料中，碘单质的质量百分含量为41%；根据BC
HP
/I2复合材料的SEM照片，可以观察到在层次分明的碳材料上分布着大量的多孔结构；从扫描电镜配备的能谱仪可以观察到碘均匀的分布在BC
HP
的多空结构之中；所述导电剂为科琴黑；所述集流体为不锈钢箔；所述粘合剂为聚偏氟乙烯；所述溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮；所述BC
HP
/I2复合材料工作电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将银杏肉用去离子水超声清洗15 min后60
°
C烘干，然后在管式炉中进行预碳化，在空气气氛下300
°
C煅...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊伟，侯仰政，葛林恒，刘伟良，任慢慢，孔凡功，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：