【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源电极材料领域，尤其涉及一种具有择优晶面取向的biobr1-xix电极、biobr1-xix电极材料的制备方法及其应用。
技术介绍
1、由于化石燃料资源的匮乏，可再生能源的利用受到越来越多的研究人员的关注。各式各样的固定式能量存储系统开始蓬勃发展，其中可充电电池技术因极佳的便携性和较高能量转化效率成为了主要的能量存储方案。
2、可充电电池技术中有机锂离子电池有着极高的能量密度和功率密度，有机锂离子电池的应用也越来越广泛，稀缺的锂矿资源在不断增长的市场需求的冲击下价格猛增，锂离子电池的安全性及环境友好性也相对较差一些。1994年dahn等人首次提出了基于水性电解质的可充电锂离子电池，此后，水系可充电非锂（如：na+，k+，zn2+，mg2+，al3+等）电池也都受到了关注。
3、有机系二次离子电池有以下的优点：电势窗口大，可提供的理论容量更大、质量能量密度及体积能量密度高、倍率性能优异、循环稳定性较好。
4、水系二次离子电池则有另外一些优点，如安全性高、电解液不易燃、原材料成本低、水性溶剂中的水合离子尺寸小、离子扩散速度快等。
5、作为最理想的二次离子电池（如锂、钠、钾等），应用最为广泛的锂离子电池因锂资源可用性有限使得制造成本大幅上升，很可能会限制未来锂离子电池的大规模应用；同时离子电池在循环充放电过程中储能电极的离子嵌入/脱出过程过慢，易于单质的析出形成枝晶，导致活性离子大量损失直接影响电池容量。即便因储量丰富而拥有较低成本优势的钾离子电池和钠离子电池，也存在限制
6、本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具有择优晶面取向的biobr1-xix电极、biobr1-xix电极材料的制备方法及其应用，以避免电极由于循环过程中离子嵌入和脱出对其结构的破坏，提升铋基离子电池容量，增强其循环性能及倍率性能。
7、为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提出了一种具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，包括：
8、步骤1：将bi(no3)3·5h2o或bicl3粉末溶解于醋酸中，再向其中加入乙二醇，让粉末完全溶解，得到溶液；
9、步骤2：然后将制成的溶液滴入含br－和i－的水溶液中，并搅拌形成悬浮液；
10、步骤3：将悬浮液转移到反应釜中，在预设温度下保温预设时间，降温至室温后，用去离子水洗涤三次，每次洗涤完后使用离心机将混合液分层再去除上层清液，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥，再冷却至室温，得到biobr1-xix粉末，其中，1≥x≥0。
11、优选地，所述x=0.13。
12、优选地，所述bi(no3)3·5h2o、kbr和ki的摩尔比为400∶333∶67。
13、优选地，所述醋酸、乙二醇和水溶液的体积比为7.5∶1∶25。
14、优选地，步骤3中，将沉淀物置于真空干燥箱中80 ℃下真空干燥10 h。
15、优选地，预设温度为120 ℃，预设时间为12 h。
16、优选地，步骤2中，使用电磁搅拌器搅拌30 min。
17、进一步地，本专利技术实施例还提供了一种上述的具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法制备的biobr1-xix电极材料应用于电池中。
18、相应地，本专利技术实施例还提供了一种具有择优晶面取向的biobr1-xix电极的制备方法，包括：
19、步骤（1）：将柔性碳布剪裁至预设大小得到柔性碳布片，使用丙酮对柔性碳布片进行超声清洗，再使用乙醇对柔性碳布片进行超声清洗，随后对柔性碳布片进行真空干燥，冷却至室温得到清洁干燥好的柔性碳布片；
20、步骤（2）：将采用如上述的biobr1-xix电极材料的制备方法制备得到的biobr1-xix粉末与导电炭黑以及nafion溶液按8∶1∶1的质量比例进行混合，再加入乙醇做稀释液，使用电磁搅拌器搅拌得到均匀的混合浆料；
21、步骤（3）：将混合浆料单向均匀涂覆在清洁干燥好的柔性碳布片上，再真空干燥得到biobr1-xix电极。
22、进一步地，步骤（2）中，每克biobr1-xix粉末加入16-20ml的无水乙醇做稀释液。
23、本专利技术的有益效果为：一、本专利技术制备得到的电极材料为层状片自组装的纳米结构，i 元素以固溶体的形式引入可以增强择优晶向，可以最大化拓宽离子扩散通道，这可以进一步提高体利用率。层状biobr1-xix结构的晶面择优取向表现出不同的晶格排列、表面能和不同的内部电子性质，在离子的吸附和储存中引发不同的电化学效应。以oh−为例，相应的吸附能与oh−和biobr1-xix基质之间的相互作用有关。更大的吸附能就有更高的相互作用可能性。如图1理论计算所示，oh−倾向于自发聚集在具有(102) 晶面择优取向的 biobr1-xix晶体的外表面(扩散深度> 0 å),吸附能约为2.3 ev。此外，oh−可以扩散到深度保持< 2 å的下层区域，表现出与biobr1-xix基质相对较弱的相互作用(吸附能约为1.6 ev)。当oh−扩散到更深的基质中(扩散深度> 2 å)时，表现出相对更低的吸附能(绝对值数值更小)，显示出深层扩散的难度。相应地，oh−则能够有效地渗透具有 (110)晶面择优取向的 biobr1-xix晶体，实现大于8 å的扩散深度。当在(110)择优取向晶体内扩散深度为6 å时，相应的吸附能为-1.85 ev，其绝对值甚至大于(102) 择优取向晶体(亚)表面的吸附能。这表明 (110) 择优取向晶体可以提供比(102) 择优取向晶体更广泛和有效的离子存储位置和离子扩散路径的能力。因此，在biobr基电极中的晶体(110)择优取向可以进一步促进电极材料储能位点的充分利用。 二、通过固溶i的方式可以促进电子态的负移，降低带隙，从而进一步提高氧化还原反应活性。由图2、3可读出biobr1-xix价带最大值和带隙宽度，结合公式 e g = e vbm - e cbm就可画出材料biobr1-xix的电子能带结构图，如图4所示。通过第一性原理计算，我们进一步研究了固溶i对电子轨道分布和占据的影响。biobr和biobri 的电子能带结构如图5、6所示。在biobri的电子能带结构中，观察到cbm位于z点，而vbm位于f-z连接处，证实biobri是间接半导体。biobr的带隙随固溶i的引入逐渐减小。此外，i的存在增强了biobr中单个原子轨道之间的杂化程度，导致更强的电子能带结构。计算结果的趋势与图4中的电子能带结构非常一致。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，所述x=0.13。
3.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，所述Bi(NO3)3·5H2O、KBr和KI的摩尔比为400∶333∶67。
4.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，所述醋酸、乙二醇和水溶液的体积比为7.5∶1∶25。
5. 如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，将沉淀物置于真空干燥箱中80 ℃下真空干燥10 h。
6. 如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，预设温度为120 ℃，预设时间为12 h。
7. 如权利要求1所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，使用电磁
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极材料的制备方法制备的BiOBr1-xIx电极材料应用于电池中。
9.一种具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极的制备方法，其特征在于，包括：
10.如权利要求9所述的具有择优晶面取向的BiOBr1-xIx电极的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，每克BiOBr1-xIx粉末加入16-20ml的无水乙醇做稀释液。
...【技术特征摘要】
1.一种具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，其特征在于，所述x=0.13。
3.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，其特征在于，所述bi(no3)3·5h2o、kbr和ki的摩尔比为400∶333∶67。
4.如权利要求1所述的具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，其特征在于，所述醋酸、乙二醇和水溶液的体积比为7.5∶1∶25。
5. 如权利要求1所述的具有择优晶面取向的biobr1-xix电极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，将沉淀物置于真空干燥箱中80 ℃下真空干燥10 h。
...【专利技术属性】
技术研发人员：郭镇斌，周路佳，秦婷婷，王序进，傅济民，许佼，郭登极，刘宇航，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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