一种制造技术

本发明专利技术涉及钙离子电池技术领域，具体是一种

【技术实现步骤摘要】
一种Ca
‑
I2双离子电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及钙离子电池
，具体是一种
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法
。

技术介绍

[0002]钙离子电池作为多价态金属离子电池，由于不存在枝晶，具有更高的电荷转移数，理论比容量较高
(1337 mAh g
‑1)
等优点被广泛研究
。
钙离子电池的工作原理与锂离子电池类似，在充电的过程中，钙离子从正极通过电解液迁移到负极与之发生反应，放电时，钙离子从负极迁移到正极与之发生反应
。
正负电极材料和电解液的选择直接影响整个钙离子电池的性能，对于负极材料而言，根据材料储能机理的不同主要分为三大类，分别是
Ca
金属阳极
、
合金化合物阳极和插层阳极材料
。
其中
Ca
金属直接作为阳极在充放电的过程中发生沉积
/
剥落反应，
Ca
储量丰富，可直接作为阳极，但是许多研究发现
Ca
阳极表面在反应过程中会不可逆地形成钝化层阻塞了
Ca
离子的扩散通道，从而抑制钙离子的可逆沉积
/
剥离反应导致电池的库仑效率较低，目前只有少数醚类有机电解质能够抑制钝化膜的形成，从而支持金属
Ca
的可逆沉积
/
剥落反应；合金化合物阳极通常具有较高的放电比容量，以硅基阳极为例，在电压为
0.37V
左右的时候钙与硅形成金属间化合物
Ca
x
Si
相；而对于插层阳极材料而言，往往发生嵌入脱出反应，在放电过程中钙离子嵌入到层间形成层间插层化合物
。
对于钙离子电池正极材料而言，往往发生嵌入脱出反应，包含层状氧化物
(
如
Ca
0.28
V2O5⋅
H2O
在充电过程中，钙离子从
Ca
0.28
V2O5⋅
H2O
中脱出，通过电解液迁移到负极
)、
普鲁士蓝类似物
(
如
K2BaFe(CN)6)、
聚阴离子化合物
(
如层状结构的
Na2FePO4F)、
过渡金属氧化物
(
如
CaMn2O4)
和有机物电极材料
(
如
C
24
H8O6)。
正极材料和负极材料进行匹配直接决定钙离子电池的性能
。
例如选用具有嵌入脱出反应机制的中间相炭微球作为负极材料，
Ca
0.28
V2O5⋅
H2O
作为正极材料，整个电池在充电的过程中钙离子从
Ca
0.28
V2O5⋅
H2O
中脱出通过电解液嵌入到中间相炭微球形中，放电过程中钙离子从中间相炭微球中脱出通过电解液嵌入到
Ca
0.28
V2O5⋅
H2O
中
。
[0003]目前，钙离子电池的构型主要是钙离子在正负极材料之间来回穿梭实现化学能到电能的转换，但是由于钙离子自身半径较大，在整个传输的过程中具有较慢的动力学过程，进而影响电池的倍率性能和功率性能，此外，由于钙离子自身带电量较大，极其容易和电极材料之间产生静电交互作用抑制插层反应的进行，因此能量密度并不高，针对以上现状，迫切需要开发一种
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，以克服当前实际应用中的不足
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将
5M CaCl2水溶液作为
Ca
‑
I2双离子电池的电解液置于电解池中；（2）将单质碘和活化后的碳纤维布共同放入密封玻璃容器中进行固碘，固碘后的
碳纤维布作为正极材料；（3）通过对涂覆有浆料的碳纤维纸进行干燥得到电极片，将充分干燥后的电极片进行电化学循环伏安法活化，活化后的电极片作为负极材料；（4）将步骤（2）中得到的正极材料以及步骤（3）中得到的负极材料，共同放置于步骤（1）中的电解液内，通过匹配得到得到
Ca
‑
I2双离子电池
。
[0006]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（2）中，在进行固碘之前，所述碳纤维布首先在马弗炉中进行空气退火，以在表面构建多级孔结构，其中，马弗炉中的温度为
450℃
，退火时间为2小时
。
[0007]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（2）中，在进行固碘之前，所述单质碘首先充分研磨变成粉末状
。
[0008]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（2）中，单质碘和活化后的碳纤维布共同放入密封玻璃容器后，将密封玻璃容器放入鼓风干燥箱内，在
120℃
下反应3小时后，随炉冷却到
80℃
，继续保温一个小时，之后冷却到室温，使得碘单质完全挥发固定在碳纤维表面上
。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（3）中，所述浆料为
C
24
H
10
N2O4、super P
和
Nafion
膜溶液按照7：
1.5
：
1.5
的质量比制备成的，乙醇作为溶剂
。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（3）中，所述碳纤维纸裁剪成1×
1.5 cm2的长方形，分别用丙酮
、
乙醇和去离子水超声清洗
20
分钟，将清洗好的碳纤维纸放入
60℃
的烘箱里面充分干燥
。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（3）中，所述电化学循环伏安法的活化方法具体如下：铂片和饱和甘汞电极作为对电极和参比电极，电极片作为工作电极，
0.5M
的
CaCl2作为电解液，扫速为
3 mV s
‑1，扫描电位范围为
‑1～
0 V。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：在步骤（3）中，电极片干燥的温度为
60℃。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术制备的新型
Ca
‑
I2双离子电池，首次将
Ca
离子的嵌入脱出反应和
I
离子的氧化还原反应结合起来，利用
5M CaCl2作为电解液，正极发生碘的氧化还本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将
5M CaCl2水溶液作为
Ca
‑
I2双离子电池的电解液置于电解池中；（2）将单质碘和活化后的碳纤维布共同放入密封玻璃容器中进行固碘，固碘后的碳纤维布作为正极材料；（3）通过对涂覆有浆料的碳纤维纸进行干燥得到电极片，将充分干燥后的电极片进行电化学循环伏安法活化，活化后的电极片作为负极材料；（4）将步骤（2）中得到的正极材料以及步骤（3）中得到的负极材料，共同放置于步骤（1）中的电解液内，通过匹配得到
Ca
‑
I2双离子电池
。2.
根据权利要求1所述的
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，在进行固碘之前，所述碳纤维布首先在马弗炉中进行空气退火，以在表面构建多级孔结构，其中，马弗炉中的温度为
450℃
，退火时间为2小时
。3.
根据权利要求2所述的
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，在进行固碘之前，所述单质碘首先充分研磨变成粉末状
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的
Ca
‑
I2双离子电池的制备方法，其特征在于，在步骤（2）中，单质碘和活化后的碳纤维布共同放入密封玻璃容器后，将密封玻璃容器放入鼓风干燥箱内，在
120℃
下反应3小时后，随炉冷却到
80℃
，继续保温一个小时，之后冷却到...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓霆，郑莹，郑伟涛，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：