[发明专利]一种多孔铋-碳复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔铋‑碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将聚丙烯腈分散在二甲基亚砜中，然后加入铋盐，形成溶胶前驱体；S2.将碳布浸泡在S1中溶胶前驱体中，加热烘干；S3.将S2中经过加热烘干的碳布浸渍于氢氧化钾乙醇溶液中，烘干，煅烧后得到多孔铋‑碳复合材料；本发明溶胶前驱体为铋盐、聚丙烯腈、二甲基亚砜的均匀稳定分散体系，经过在碳布上成膜煅烧得到多孔铋‑碳复合材料。本发明操作简单，耗能低，原料来源广，成本低廉，极易大规模生产。制得的柔性负极无需外加粘结剂、导电剂和金属集流体，且具有高载量，高电容量，优良的倍率性能和较好的循环稳定性优点。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，更具体地，涉及一种多孔铋-碳复合材料的制备方法。

背景技术

能源是人类社会发展的重要基础资源。但由于世界能源资源产地与能源消费中心相距较远，特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。因此，需要研究开发储能系统以便高效利用能源，而能反复充放电、效率高和环境适应性强的二次电池则是储能技术的重要研究方向。

水系电池是以水溶液为电解质的二次电池，它克服了传统有机体系电池电解液昂贵、有毒、易燃、离子电导率低、制作成本高等缺点，成为继风能、太阳能后最具发展潜力的绿色能源之一。因此，水系电池在电网级别的大规模储能领域中具有重要应用前景。随着材料技术的发展，人们对新型高性能电极材料的需求日益提高，迫切需要通过寻找高性能的储能材料以提高水系电池的性能，以满足工业及生活的需要。

尽管对水系电池的正极材料已经有许多的研究进展，负极材料却很少被研究，而由于铋基材料具有很好的导电性和合适的负电位工作区间，是极具发展潜力的高性能负极材料。铋基化合物因其低成本、低毒性、高导氧性、良好的光催化和介电性能，已经被广泛用作催化剂，光学材料，气体传感器等。然而目前铋基材料在储能领域的应用研究很少，目前几乎没有关于铋-碳复合材料在水系电池中的应用研究。因此，发展一种简单高效、耗能低的铋-碳复合材料的制备方法并提高铋基材料的储能性能具有重要意义。

发明内容

本发明涉及一种高载量，高电容量，优良的倍率性能和较好的循环稳定性的多孔铋-碳复合材料的制备方法，同时涉及上述制备方法制备得到的复合材料及其在制备水系电池中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种多孔铋-碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将聚丙烯腈分散在二甲基亚砜中，然后加入铋盐，形成溶胶前驱体；

S2.将碳布浸泡在S1中溶胶前驱体中，加热烘干；

S3.将S2中经过加热烘干的碳布浸渍于氢氧化钾乙醇溶液中，烘干，煅烧后得到多孔铋-碳复合材料；

S1中每克聚丙烯腈加入(50～400)mmol L-¹的铋盐；每10ml二甲基亚砜加入0.5～1.5g聚丙烯腈；煅烧的温度为600～800℃，氢氧化钾乙醇溶液中，氢氧化钾的浓度为0～6mol L-¹。

优选地，所述铋盐为五水合硝酸铋。

优选地，氢氧化钾乙醇溶液中氢氧化钾的浓度为6mol L-¹。

优选地，S1中每克聚丙烯腈加入200mmol L-¹的铋盐；每10ml二甲基亚砜加入1g聚丙烯腈。

优选地，S3中煅烧为在氮气氛围下煅烧至700℃并保温1小时。

优选地，碳布在使用前经过清洗，清洗方法为依次在去离水、乙醇、丙酮、去离子水中超声清洗10分钟，然后60℃烘干。