[发明专利]电极和电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料，尤其是涉及一种电极及电极材料的制备方法。

背景技术

二次电池是除了能够将化学能转化为电能而进行放电以外，可通过使电流向与放电时相反的方向流动，将电能转化为化学能而进行充电的电池。近年来，使用铝金属为负极的铝二次电池的研究开发正在积极进行。铝电池由于铝金属的高离子化倾向，例如与锰电池那样的使用锌金属为负极的以往的电池相比，能够提高电动势，能够期待高电压和高容量。然而，在使用氯化铁作为正极活性物质的铝电池中，由于该氯化铁在电解质中溶出，因此该铝电池的循环特性极其恶化。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种具有较佳电化学性能且成本较低的电极及电极材料的制备方法。

一种电极材料的制备方法，其包括步骤：

将醋酸纤维放入二氯化钒、二氯化铅、二氯化钨和二氯化镍其中之一的溶液，或其中至少两种按任意比混合的溶液，并在超声波振荡环境下在上述溶液中浸泡60-120分钟；

从上述溶液中取出醋酸纤维，干燥，再经过高温碳化处理，使醋酸纤维形成具有微孔结构的多孔层状碳材料，且二氯化钒、二氯化铅、二氯化钨或/和二氯化镍在高温碳化处理过程中分别生成了钒、铅、钨或/和镍的金属细微颗粒以及氧化钒、氧化铅、氧化钨或/和氧化镍的金属氧化物细微颗粒，且上述金属细微颗粒及上述金属氧化物细微颗粒均匀的分布在多孔层状碳材料的表面微孔之中或层状碳材料的层与层之间褶皱之间，得到用于制作电极的碳化复合材料。

其中，步骤(1)中溶液浓度为3wt％～5wt％。

一种电极，其包括上述制备得到的碳化复合材料粉末、乙炔黑及粘结剂，且碳化复合材料粉末、乙炔黑及粘结剂的质量比为75：15：10，适量的N-甲基-2-吡咯烷酮。

其中，粘结剂为聚四氟乙烯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于醋酸纤维经过二氯化钒VCl₂、二氯化铅PbCl₂、二氯化钨WCl₂和/或二氯化镍NiCl₂活化处理并经过高温碳化后，形成具有微孔结构的多孔层状碳材料，多孔层状碳材料的表面积较大，且表面的微孔的孔径分布较好，能够吸收大量电解离子，具有快速的离子迁移性，故提高了其电化学性能，并且，在高温碳化过程中生成的适量的金属(钒、铅、钨或/和镍)颗粒及对应的金属氧化物(氧化钒、氧化铅、氧化钨或/和氧化镍)颗粒均匀的分布在多孔层状碳材料的表面微孔之中或层状碳材料的层与层之间褶皱之间，从而提高了电化学性能。

附图说明

图1是电极不同扫描速率下的循环伏安(CV)曲线示意图。

图2是电极分别在电流密度为1A/g～10A/g下的恒流充放电的示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种电极材料的制备方法，包括步骤：将醋酸纤维放入二氯化钒VCl₂、二氯化铅PbCl₂、二氯化钨WCl₂和二氯化镍NiCl₂其中之一的溶液，或其中至少两种按任意比混合的溶液，溶液浓度为3wt％～5wt％为佳，并在超声波振荡环境下在上述溶液中浸泡60-120分钟；从上述溶液中取出醋酸纤维，干燥，再经过高温碳化处理，得到碳化复合材料粉末。该碳化复合材料粉末为可用于制作电极的材料。

其中，高温碳化处理的过程中，发生如下化学反应：3XCl2+2C+3O2＝X+3Cl2+2XCO3(高温)，XCO3＝XO+CO2(高温)，其中X表示V、Pb、W或Ni。上述化学反应过程中C来自于被碳化的醋酸纤维、O₂来自残留在高温碳化处理环境中的氧气，上述化学反应过程也是对被碳化的醋酸纤维(即碳材料)被腐蚀从而形成大量的微孔结构的过程。

也就是说，二氯化钒、二氯化铅、二氯化钨或/和二氯化镍在对醋酸纤维在高温碳化处理的过程中，分别生成了钒、铅、钨或/和镍的细微颗粒，并随后又有一部分生成了氧化钒、氧化铅、氧化钨或/和氧化镍的细微颗粒。

经过高温碳化后，醋酸纤维变成具有多微孔且为层状结构的多微孔层状碳材料，且二氯化钒、二氯化铅、二氯化钨或/和二氯化镍在高温碳化处理的过程中生成的钒、铅、钨或/和镍的细微颗粒、以及生成的氧化钒、氧化铅、氧化钨或/和氧化镍的细微颗粒，均匀的分布在多孔层状碳材料的表面微孔之中或层状碳材料的层与层之间褶皱之间。