基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池及其制備方法與應用技術

本發明專利技術公開了基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池及其制備方法與應用

【技術實現步驟摘要】
基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池及其制備方法與應用


[0001]本專利技術涉及雙離子電池，具體涉及一種基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池及其制備方法與應用，屬于可充電電池儲能裝置

。

技術介紹

[0002]人類文明的發展離不開能源的驅動
。
然而，近幾十年來全球發生了多次能源危機，使得人們對于能源的供應問題越來越關注
。
同時隨著經濟社會的快速發展，人們對于能源的需求越來越大
。
因此，為了滿足日益增長的能源需要和保障能源安全，太陽能和風能等新型能源來源得到了大力的開發
。
新能源內在的間歇性和周期性從而也促使了高效儲能裝置的需要，其中在眾多儲能技術之中，電化學化學儲能是一種非常有效
、
簡單和便利的儲能技術
。
[0003]鋰離子電池是電化學化學儲能可充電電池的典型代表，具有較高的能量密度和優異的循環壽命，在電動汽車
、
便攜式電子設備和儲能電站等領域已有廣泛的應用
。
然而，鋰資源在地球上含量較低，且分布極為不均，在電網級大規模應用中存在供應不足的危險
。
另外鋰離子電池因鋰枝晶和有機電解液易燃的問題導致其安全性讓人擔憂
。
頻頻發生的電動汽車起火自燃事件不斷考驗著人們對于鋰電安全的信心
。
因此，開發高性能
、
安全和低成本的新型可充電電池體系十分必要
。
[0004]雙離子電池具有著不同于鋰離子電池
(
搖椅式電池
)
的工作機制，其依賴于電解質中的陰陽離子在正負極上的嵌入與脫出，因此具有較高的輸出電壓，可以實現較高的能量密度
。
同時其正負極材料可不含鎳鈷鋰等價格較高的金屬，極大的降低了成本，有利于大規模應用，是十分有競爭力的鋰離子電池替代產品
。
[0005]雙離子電池的正負極材料主要為石墨類碳材料
。
石墨具有二維層狀結構，有利于離子的嵌入與脫出
。
然而石墨的理論比容量較低，以石墨嵌鋰為例，其理論比容量僅為
372mAhg
?1。
同時石墨在循環過程還存在著嚴重的體積膨脹，嚴重影響了循環穩定性
。
近年來，硫屬化合物比如，二硫化鉬，二硫化鎢等因具有較大的層間距和二維層狀結構倍受關注，是一種非常有潛力的負極材料
。
但單一硫屬化物通常表現較低的離子電導性，具有較差的反應動力學
。
同時組裝的雙離子電池比容量較低
。
如中國專利技術專利
CN110635112B
構建了一種硒化鉬
?
石墨雙離子電池，使用硒化鉬作為負極材料，
100
次循環以后放電比容量僅為
86mAhg
?1,
同時還需對正極進行預循環，操作十分繁瑣
。
[0006]中國專利技術專利申請
CN114094078A
公開了一種氮摻雜碳包覆的金屬硫化物異質結構
p MoS2/nBi2S3@NC
復合電極材料，其制備過程復雜且需要高溫熱解
。
中國專利技術專利申請
CN108539175A
公開了一種二硫化鉬
/
二硫化錫
/
石墨烯復合材料及其制備方法，通過水熱法將二硫化鉬
/
二硫化錫水平生長于石墨烯的表面，該復合材料以石墨烯作為襯底只能提升水平方向的離子電導率，不能提升縱向的離子電導率
。
另外二硫化鉬與二硫化錫在該技術中只是作為單體存在，兩者形成的結構是水平界面接觸式生長，在循環中，循環穩定性較
差
。
因此，現有的硫屬負極材料的離子電導率
、
放電比容量以及容量保持率難以滿足當前構建高性能雙離子電池的需要
。
[0007]因此，本專利技術針對當前雙離子電池比容量低，循環壽命差和自放電率高的問題，開發一種具有高容量
、
循環穩定性優異，自放電率低的雙離子電池
。

技術實現思路

[0008]針對現有的技術問題，本專利技術旨在提供高容量
、
循環穩定性優異，自放電率低的雙離子電池制備方法
。
[0009]為實現上述目的，本專利技術的技術方案如下所示；
[0010]基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池：正極由無支撐石墨紙類材料構成，電解液由鋰鹽電解質組成；負極為碳納米管修飾的金屬硫化物異質結；所述的負極通過如下方法制備：將粘接劑溶于
N
?
甲基吡咯烷酮或者去離子水中，將
(SnS2?
MoS2)@CNTs
與乙炔黑混合，加入到分散有粘接劑的溶液中，攪拌；
[0011]所述的
(SnS2?
MoS2)@CNTs
通過如下方法制備：將二水合鉬酸鈉和硫代乙酰胺溶于去離子水中，攪拌溶解，加入二硫化錫
、
十六烷基三甲基溴化銨和多壁碳納米管，攪拌后移反應釜中，在
180
～
210℃
下反應6?
8h
；冷卻以后，洗滌；超聲波清洗，預凍后冷凍干燥，得多孔花狀的
(SnS2?
MoS2)@CNTs。
[0012]為進一步實現本專利技術目的，優選地，所述的二水合鉬酸鈉和硫代乙酰胺的摩爾比為2～
4:1
，二硫化錫與二水合鉬酸鈉的摩爾比為
0.5
～
1:1
，十六烷基三甲基溴化銨與二水合鉬酸鈉的質量比為
0.04
～
0.08:1
，多壁碳納米管的與二水合鉬酸鈉的質量比為
0.04
～
0.1:1。
[0013]優選地，每毫摩爾二水合鉬酸鈉加入5?
10
毫升去離子水；所述的洗滌是依次用去離子水和無水乙醇多次洗滌；所述的超聲波清洗的時間為
20
～
30min
；所述的預凍是放入冰箱進行；預凍的溫度為
?
18C
°
～
?
24C
°
，預凍的時間為
12
?
24h
；所述的冷凍干燥的溫度為
?
35C
°
～
?
40C
°
，時間為
48
～
72h。
[0014]優選地，所述的
(SnS2?
MoS2)@CNTs、
乙炔黑和粘接劑的質量比為
70
～
80:20
～
10:10
；每質量份粘接劑溶于
40
?
70
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池，其特征在于：正極由無支撐石墨紙類材料構成，電解液由鋰鹽電解質組成；負極為碳納米管修飾的金屬硫化物異質結；所述的負極通過如下方法制備：將粘接劑溶于
N
?
甲基吡咯烷酮或者去離子水中，將
(SnS2?
MoS2)@CNTs
與乙炔黑研磨混合，加入到分散有粘接劑的溶液中，攪拌；所述的
(SnS2?
MoS2)@CNTs
通過如下方法制備：將二水合鉬酸鈉和硫代乙酰胺溶于去離子水中，攪拌溶解，加入二硫化錫
、
十六烷基三甲基溴化銨和多壁碳納米管，攪拌后移反應釜中，在
180
～
210℃
下反應6?
8h
；冷卻以后，洗滌；超聲波清洗，預凍后冷凍干燥，得多孔花狀的
(SnS2?
MoS2)@CNTs。2.
根據權利要求1所述的基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池，其特征在于：所述的二水合鉬酸鈉和硫代乙酰胺的摩爾比為2～
4:1
，二硫化錫與二水合鉬酸鈉的摩爾比為
0.5
～
1:1
，十六烷基三甲基溴化銨與二水合鉬酸鈉的質量比為
0.04
～
0.08:1
，多壁碳納米管
?
與二水合鉬酸鈉的質量比為
0.04
～
0.1:1。3.
根據權利要求1所述的基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池，其特征在于：每毫摩爾二水合鉬酸鈉加入5?
10
毫升去離子水；所述的洗滌是依次用去離子水和無水乙醇多次洗滌；所述的超聲波清洗的時間為
20
～
30min
；所述的預凍是放入冰箱進行；預凍的溫度為
?
18C
°
～
?
24C
°
，預凍的時間為
12
?
24h
；所述的冷凍干燥的溫度為
?
35C
°
～
?
40C
°
，時間為
48
～
72h。4.
根據權利要求1所述的基于石墨紙正極和硫化物異質結負極的雙離子電池，其特征在于：所述的
(SnS2?
MoS2)@CNTs、
乙炔黑和粘接劑的質量比為
70
～
80:20
～
10:10
；每質量份粘接劑溶于
40
?
70
質量份
N
?
甲基吡咯烷酮或者去離子水中
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁文輝，方耀兵，高學農，張正國，鄭文，李莉，
申請(專利權)人：華南理工大學珠?，F代產業創新研究院，
類型：發明
國別省市：