CN108807909A - 一种柔性复合材料的制备方法、包含该柔性复合材料的水系镍铁电池电极，以及电池 - Google Patents

一种柔性复合材料的制备方法、包含该柔性复合材料的水系镍铁电池电极，以及电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柔性复合材料的制备方法、包含该柔性复合材料的水系镍铁电池电极，以及电池；其中，柔性复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂；步骤二，将上述混合溶液滴加到滤纸上，并在60度烘箱干燥，除去有机溶剂；步骤三，将得到的材料在通有氩气(Ar)的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料。步骤四，将得到的FeOx/InOx/CF材料在通有硫化氢(H2S)气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料。本发明的制备方法工艺简单，制备的材料绿色环保，并有效的抑制了电极的钝化以及析氢副反应，发挥出较高的质量比容量及库仑效率，能满足实际应用需求。

Description

一种柔性复合材料的制备方法、包含该柔性复合材料的水系 镍铁电池电极，以及电池
技术领域
本发明涉及制备柔性FeSx/InSx/CF复合材料的技术，特别涉及一种柔性复合材料的制备方法、包含该柔性复合材料的水系镍铁电池电极，以及电池
背景技术
镍铁电池是一种充电电池，它的正极材料可以是氢氧化镍，负极材料可以是单质铁，电解液是氢氧化钾或者氢氧化钾加少量的氢氧化锂。这种电池能够经受一定程度的使用事故(包括过度充电、过度放电、短路、过热)，而且经受上述损害后仍能保持很长的寿命。因此，这种充电电池在大规模储能领域有广泛的应用前景。但是，这种电池也存在明显的缺陷，比如低的库仑效率、较差的低温性能和倍率性能。造成上述问题的关键因素是铁的溶解引起电极表面钝化、结构不稳定、导电性差。
传统方法一般将铁基材料与碳基材料进行混合或者复合，从而提高电极的电子导电性。但是上述方法只能从一定程度上提高容量，并不能从根本上解决上述问题，因此也不能大幅度提高电极的整体电化学性能。除此之外，电极在充电过程中容易发生析氢反应，这是导致库仑效率低的重要原因。传统的解决策略是在电极中添加FeS，Bi2S3等少量添加剂，在一定程度上抑制析氢反应。但由于添加剂是微米级的颗粒并通过物理混合方式进行添加，不能均匀地在电极材料中分散，因此改善电化学性能的效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于，解决传统镍铁电池存在的上述问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了制备柔性FeSx/InSx/CF复合材料的方法，其中，FeSx为硫化铁，InSx为硫化铟，CF为碳纤维膜，0<x≤3；该制备方法包括以下步骤：步骤一，将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂；步骤二，将上述混合溶液滴加碳纤维上，并在60度烘箱干燥，除去有机溶剂；步骤三，将得到的材料在通有氩气(Ar)的管式炉中进行煅烧，得到柔性 FeOx/InOx/CF的复合材料；步骤四，将得到的FeOx/InOx/CF材料在通有硫化氢(H2S)气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料。
在本发明的一个实施例中，所述将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂步骤，包括：将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟按照90:10、85:15或80:20的摩尔比溶于有机溶剂。
在本发明的另一个实施例中，所述有机溶剂为乙醇。
在本发明的另一个实施例中，所述将得到的材料在通有Ar气的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料步骤中，煅烧的温度为550-700 度，优选温度为650度。
在本发明的另一个实施例中，所述将得到的材料在通有Ar气的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料步骤中，煅烧时间为2-4小时，优选为3小时。
在本发明的另一个实施例中，所述将得到的柔性FeOx/InOx/CF材料在通有H2S气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料步骤中，煅烧的温度为500-600度，优选温度为550度。
在本发明的另一个实施例中，所述将得到的柔性FeOx/InOx/CF材料在通有H2S气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料步骤中，煅烧时间为1-3小时，优选为2小时。
另一方面，本发明提供柔性水系镍铁电池负极，包含通过上所制备方法得到的柔性FeSx/InSx/CF复合材料。
又一方面，本发明提供柔性水系镍铁电池，包括上述柔性水系镍铁电池负极。
本发明的有益效果在于：
1、FeSx相对传统的Fe或者Fe3O4电极可以减缓材料表面的钝化速度，从而在高倍率下发挥高的比容量。
2、InSx相对传统的Bi2S3，PbS等添加剂可以更有效地抑制材料表面的析氢反应速率，从而提高电池的库仑效率。
3、In对FeSx的部分掺杂，可提高FeSx的电子电导率以及结构稳定性。
4、碳材料提供了高的电子导电通道，减小电极的极化，提高电池的倍率性能。
5、液相浸渍的方法，一方面可以使FeSx和InSx均匀分散在碳纤维表面，并且与碳纤维形成较强的结合力，提高电极的结构稳定性以及导电性，另一方面有利于添加剂InSx均匀地修饰活性材料FeSx，提高添加剂的实际利用率。
7、通过H2S气氛下退火处理，可以对碳材料进行硫掺杂，进一步提高碳纤维的电子导电性。
8、基于自支撑柔性FeSx/InSx/CF负极的水系镍铁电池的能量密度得到了大幅度提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备柔性FeSx/InSx/CF复合材料的方法流程示意图。
具体实施方式
通过以下结合附图以举例方式对本发明的实施方式进行详细描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加明显。
图1为本发明实施例提供的制备柔性FeSx/InSx/CF复合材料的方法流程示意图。如图1所示，本发明实施例提供了制备柔性FeSx/InSx/CF复合材料的方法，其中，0<x≤3，该制备方法包括以下步骤：
步骤一，将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂；
在一个实施例中，将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟按照90:10、85:15或80:20 的摩尔比溶于有机溶剂。有机溶剂采用乙醇。
步骤二，将上述混合溶液滴加碳纤维上，并在60度烘箱干燥，除去有机溶剂；
步骤三，将得到的材料在通有氩气(Ar)的管式炉中进行煅烧，得到柔性 FeOx/InOx/C的复合材料；
步骤四，将得到的FeOx/InOx/C材料在通有硫化氢(H2S)气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/C的复合材料。
在本发明的另一个实施例中，在通有Ar气的管式炉中进行煅烧,设置煅烧的温度为550-700度，优选温度为650度，设置煅烧时间为2-4小时，优选为3小时。
在本发明的另一个实施例中，在通有H2S气体的管式炉中进行煅烧，设置煅烧的温度为500-600度，优选温度为550度，设置煅烧时间为1-3小时，优选为2小时。
本发明的制备方法工艺简单，制备的材料绿色环保，并有效的抑制了电极的钝化以及析氢副反应，发挥出较高的质量比容量及库仑效率，能满足实际应用需求。
相应地，本发明实施例还提供了柔性水系镍铁电池负极，该柔性水系镍铁电池负极包含通过上所制备方法得到的柔性FeSx/InSx/CF复合材料。
相应地，本发明实施例还提供了柔性水系镍铁电池，包括上述柔性水系镍铁电池负极。
需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明的结构及其工作效果，而并不用作限制本发明的保护范围。本领域内的普通技术人员在不违背本发明思路及结构的情况下对上述实施例进行的调整或优化，仍应视作为本发明权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种柔性复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂；
步骤二，将上述混合溶液滴加到滤纸上，并在60度烘箱干燥，除去有机溶剂；
步骤三，将得到的材料在通有氩气的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料；
步骤四，将得到的FeOx/InOx/CF材料在通有硫化氢气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料，其中，0<x≤3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟溶于有机溶剂步骤，包括：
将乙酰丙酮铁和乙酰丙酮铟按照90:10、85:15或80:20的摩尔比溶于有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将得到的材料在通有氩气的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料步骤中，煅烧的温度为550-700度，优选温度为650度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将得到的材料在通有氩气的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeOx/InOx/CF的复合材料步骤中，煅烧时间为2-4小时，优选为3小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将得到的柔性FeOx/InOx/CF材料在通有硫化氢气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料步骤中，煅烧的温度为500-600度，优选温度为550度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将得到的柔性FeOx/InOx/CF材料在通有硫化氢气体的管式炉中进行煅烧，得到柔性FeSx/InSx/CF的复合材料步骤中，煅烧时间为1-3小时，优选为2小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇。
8.柔性水系镍铁电池负极，其特征在于，包含如权利要求1-7中任一权利要求所述的制备方法得到的柔性复合材料。
9.柔性水系镍铁电池，其特征在于，包括如权利要求8的柔性水系镍铁电池负极。
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