CN116759584A - 表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体及其制备方法和应用 - Google Patents

表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体及其制备方法和应用，其特征在于：利用强化电泳法在超高比表面积集流体上均匀沉积氧化物及微纳碳基材料混合的复合材料。作为二次水性锌离子电池的正极材料。本发明提供的方法，工艺简便、全环保、能耗低，对设备要求低、成本低、产率高、形貌可控，适合产业化生产。能够有效的运用在锌锰电池中，且具有极高的充放电性能和比容量。

Description

表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体及其制备方法和应用，属于新材料技术领域。
背景技术
二次水系锌离子电池因其成本效益高、高理论质量比容量和体积比容量等优势而成为了近年来发展成本低、环境友好、稳定性高的储能系统的重点研究对象。而水系锌离子电池的正极材料主要有锰氧化物、钒氧化物、硫化物、聚合物等。其中，锰氧化物具有储量丰富、成本低、毒性低等优势，是理想的锌离子电池的正极材料。
锌锰电池因其具有高能量密度和优越的理论容量，并且由于其离子电导率快、容量大和成本低，在很多领域具有广泛应用前景。氧化锰/碳复合材料是锌锰电池常用的电极材料，但普遍面临电极材料的能量容量不足等问题。为了解决这一问题，目前很多人采用了大(超高)比表面积的集流体，例如，多孔结构乃至枝晶结构的铜、铝、镍和不锈钢等金属导体材料。然而，对于这种超高比表面积的集流体，其应用所面临的主要难点是，氧化锰等活性物质的浆料不能均匀涂覆在集流体上。为了改善涂覆效果，有人改进了电极浆料涂覆设备，对多层堆叠的涂层施加按压力以推动浆料进入到大比表面积集流体的深层，形成具有均匀载荷或厚度的涂层。总体来说，这些方法是依靠浓度差来完成的，浆料扩散效率低，不能充分沉积，从而不利于电池制备，使电池性能大打折扣。因此，大家都希望引入新的外场强化方法来促进浆料进入大比表面积的集流体的深层。这对实现具有高循环稳定性、优良电容、良好倍率和安全性的电池是至关重要的。
发明内容
针对上述问题，本发明的第一目的在于提供表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体其制备方法，第二目的在于提供由此制备得到的表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体，第三目的在于提供其应用。能实现在氧化物和微纳碳基材料在集流体这种复杂的超高比表面积的基底上的均匀涂覆。
为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：利用强化电泳法在超高比表面积集流体上均匀沉积氧化物及微纳碳基材料混合的复合材料。
上述方案中，所述强化电泳法的具体操作为：将超高比表面积集流体放入含有氧化物及微纳碳基材料的混合浆料中，然后通以外加电场，通过外加电场的作用促进混合浆料中的氧化物及微纳碳基材料在超高比表面积集流体上的沉积。
上述方案中，所述超高比表面积集流体的材质为镍、锰、铁、铜、锌、钛、铝及其合金材料中的一种。
上述方案中，所述超高比表面积集流体的结构为枝晶结构或多孔结构或叠层结构或三维网络立体结构。
上述方案中，所述微纳碳基材料为介孔碳、泡沫碳、中间碳微球、炭气凝胶、乙炔黑、石墨烯、活性炭、天然石墨、碳纳米球、碳量子点、富勒烯、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、碳化硅、荧光碳、多孔碳和储能炭材料中的至少一种。
上述方案中，所述氧化物为氧化铅、氧化镉、氧化锌、锰氧化物、氧化银、钒氧化物中的至少一种。
上述方案中，所述混合浆料中，微纳碳基材料的加入量是氧化物的0.01-2倍。
上述方案中，混合浆料采用的溶剂为DMSO、TEP(磷酸三乙酯)、DMF、DMAc(二甲基乙酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、丙酮、甲醇、乙醇和水等中的一种或混合溶液。
上述方案中，混合浆料的制备为将微纳碳基材料和氧化物加入溶剂中，然后搅拌分散均匀得到浆料。
上述方案中，所述强化电泳法采用的电压为20-30V。
一种所述的制备方法制备得到的表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体。所述的表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体作为二次水性锌离子电池的正极材料的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供的方法，工艺简便、全环保、能耗低，对设备要求低、成本低、产率高、形貌可控，适合产业化生产。能够有效的运用在锌锰电池中，且具有极高的充放电性能和比容量。
附图说明
图1为本发明强化电泳法装置示意图。图中：1集流体、2氧化物/碳复合材料、3含有氧化物及微纳碳基材料的混合浆料。
图2为本发明实施例1中氧化锰/碳复合材料组装的Zn-MnO2电池的循环性能图。
图3为本发明实施例1氧化锰/碳复合材料的扫描电镜图
图4为本发明实施例3铁集流体的扫描电镜图
图5为本发明实施例5中氧化锰/碳复合材料组装的Zn-MnO2电池的循环性能图。
具体实施方式
一种表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，利用强化电泳法在超高比表面积集流体上均匀沉积氧化物及微纳碳基材料混合的复合材料。具体操作为：将超高比表面积集流体放入含有氧化物及微纳碳基材料的混合浆料中，浆料中微纳碳基材料的加入量是氧化物质量的0.01-2倍。然后通以外加电场，外加电场的电压为20-30V。通过外加电场的作用促进混合浆料中的氧化物及微纳碳基材料在超高比表面积集流体上的沉积。超高比表面积集流体的材质为镍、锰、铁、铜、锌、钛、铝及其合金材料中的一种。超高比表面积集流体的结构为枝晶结构或多孔结构或叠层结构或三维网络立体结构等，还可以为其它结构。
微纳碳基材料为介孔碳、泡沫碳、中间碳微球、炭气凝胶、乙炔黑、石墨烯、活性炭、天然石墨、碳纳米球、碳量子点、富勒烯、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、碳化硅、荧光碳、多孔碳和储能炭材料中的至少一种。也就是说可以为混合物。
氧化物为氧化铅、氧化镉、氧化锌、锰氧化物、氧化银、钒氧化物中的至少一种。
混合浆料采用的溶剂为DMSO、TEP(磷酸三乙酯)、DMF、DMAc(二甲基乙酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、丙酮、甲醇、乙醇和水等中的一种或混合溶液。混合浆料的制备为将微纳碳基材料和氧化物加入溶剂中，然后搅拌分散均匀得到浆料。
下面通过具体实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
实施例1
1)在25mLN-甲基吡咯烷酮中加入2.1g二氧化锰和0.6g天然石墨，搅拌均匀后得到浆料；
3)通过电泳法在镍集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为24V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到126mAh.g-1。
实施例2
1)在25mLN-甲基吡咯烷酮中加入2.1g二氧化锰和0.7g天然石墨，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在铝集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为24V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A.g-1，放电比容量能达到114mAh.g-1。
实施例3
1)在25mLN-甲基吡咯烷酮中加入2.1g二氧化锰和1g石墨烯，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在铁集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为26V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A.g-1，放电比容量能达到119mAh.g-1。
实施例4
1)在25mL丙酮中加入2.1g二氧化锰和1.4g乙炔黑，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在泡沫镍集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为24V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到65mAh.g-1。
实施例5
1)在25mL丙酮中加入2.1g二氧化锰和0.3g天然石墨，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在铜集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为30V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到34mAh.g-1。
实施例6
1)在25mL DMSO中加入2.1g二氧化锰和0.021g碳纳米球，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在锌集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为30V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A.g-1，放电比容量能达到32mAh.g-1。
实施例7
1)在25mL TEP中加入2.1g氧化锌和4.2g活性炭，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在锰集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为30V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到113mAh.g-1。
实施例8
1)在25mL乙醇中加入2.1g氧化银和1.0g碳化硅，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在铝箔集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为30V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到118mAh.g-1。
实施例9
1)在25mL丙酮中加入2.1g氧化钒和0.9g碳纳米管，搅拌均匀后得到浆料；
2)通过电泳法在铁集流体上沉积二氧化锰/碳复合材料，电泳电压为30V，电泳时间为5h，上述材料组装成MnO2/C复合材料组装的Zn-MnO2电池，在电流密度0.2A .g-1，放电比容量能达到120mAh.g-1。
本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：利用强化电泳法在超高比表面积集流体上均匀沉积氧化物及微纳碳基材料混合的复合材料。
2.根据权利要求1所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于，所述强化电泳法的具体操作为：将超高比表面积集流体放入含有氧化物及微纳碳基材料的混合浆料中，然后通以外加电场，通过外加电场的作用促进混合浆料中的氧化物及微纳碳基材料在超高比表面积集流体上的沉积。
3.根据权利要求1或2所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述超高比表面积集流体的材质为镍、锰、铁、铜、锌、钛、铝及其合金材料中的一种。
4.根据权利要求3所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述超高比表面积集流体的结构为枝晶结构或多孔结构或叠层结构或三维网络立体结构。
5.根据权利要求3所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述微纳碳基材料为介孔碳、泡沫碳、中间碳微球、炭气凝胶、乙炔黑、石墨烯、活性炭、天然石墨、碳纳米球、碳量子点、富勒烯、碳纤维、碳纳米管、碳纳米线、碳化硅、荧光碳、多孔碳和储能炭材料中的至少一种。
6.根据权利要求15所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述氧化物为氧化铅、氧化镉、氧化锌、锰氧化物、氧化银、钒氧化物中的至少一种。
7.根据权利要求16所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述混合浆料中，微纳碳基材料的加入量是氧化物的0.01-2倍。
8.根据权利要求7所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：混合浆料采用的溶剂为DMSO、TEP(磷酸三乙酯)、DMF、DMAc(二甲基乙酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)、丙酮、甲醇、乙醇和水等中的一种或混合溶液。
9.根据权利要求8所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：混合浆料的制备为将微纳碳基材料和氧化物加入溶剂中，然后搅拌分散均匀得到浆料。
10.根据权利要求8所述表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体的制备方法，其特征在于：所述强化电泳法采用的电压为20-30V；一种权利要求1-10任一项所述的制备方法制备得到的表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体；一种权利要求所述的表面沉积氧化物/碳复合材料的超高比表面积集流体作为二次水性锌离子电池的正极材料的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117913286A (zh) * 2024-03-15 2024-04-19 江阴纳力新材料科技有限公司 一种复合铜基集流体及其制备方法和锂离子电池
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