[发明专利]高碘含量I2

说明书

本发明公开了一种高碘含量I₂‑MBC正极材料及其制备方法，其步骤为：将多孔碳纤维材料置于硼酸溶液中浸泡，取出干燥，于保护气氛下高温退火获得硼酸改性后的碳材料；将硼酸改性后的碳材料和粉末碘混合后，进行水热反应，熔融获得所述的正极材料。将该正极材料在有机钠离子电池体系中进行测试:当电流密度为0.1A g^‑1,可逆容量可达到243 mAh g^‑1，在1A g^‑1电流密度下，循环1000圈后容量可保持87%。该正极材料不仅具有作碘为机钠离子电池正极材料的共性：高电位、高的能量密度，而且具有超长的电化学循环稳定性、超高的活性物质利用率。

技术领域

本发明涉及一种高碘含量I₂-MBC正极材料及其制备方法，属于电池正极材料技术领域。

背景技术

相对于锂，钠具备资源丰富及经济优惠并且钠盐电解质的毒性要更小等优点，这使得钠离子电池的大规模商业化应用成为可能。目前常用的钠离子正极材料存在着成本较高、放电过程中结构不稳定、能量密度不够高，对它们的组成和结构进行改进难以在能量密度上取得突破性的进展等缺点，商业可行性受到了很大的限制。

碘(I₂)，由于其丰富的自然资源，高的理论能量密度(612Wh kg^-1)，引起了人们的广泛关注。除了具有高比容量，碘还具有易制备、价格低廉、对环境友好,且具有无重金属阴极系统等特点。但碘在充放电中不稳定，穿梭效应严重，使其容量低下，循环性能差，严重影响了它的实际应用。

但目前报道的以碘为正极的钠-碘电池如Advanced Energy Mater，2017, 7,1601885、Nature Communications,8,527,(2017)等工作的容量在170～224 mAh g^-1之间，循环只能保持500圈，其电化学稳定性和容量都比较有限。

发明内容

为了克服目前碘作为正极的有机系钠-碘电池容量低循环差的现状，本发明的目的在于提供一种高碘含量的I₂-MBC正极材料及其制备方法。利用硼酸改性的多孔碳纤维材料进行载碘，得到的碘材料作为钠离子电池正极材料，具有高的容量、优异的循环寿命，以及低成本和良好的安全性能等特点。

为实现上述发明目的，一种高碘含量I₂-MBC正极材料及其制备方法，其步骤如下：

(1)将多孔碳纤维材料置于硼酸溶液中浸泡一段时间，取出干燥，于保护气氛下高温退火获得硼酸改性后的碳材料(MBC)；

(2)将硼酸改性后的碳材料和粉末碘混合后，进行水热反应，熔融获得所述的正极材料(I₂-MBC)。

较佳的，多孔碳纤维材料通过将碳纤维置于0.05mol L^-1硝酸镍溶液中 40℃恒温下浸泡12小时后取出干燥，然后置于保护气氛下600℃-1000℃下高温退火获得包含镍单质碳纤维材料；再将包含镍单质碳纤维材料浸没在浓盐酸中，然后于60℃下反应12小时去除镍，得到多孔碳纤维材料。

较佳的，步骤(1)中，硼酸溶液浓度为1mol L^-1～1.8mol L^-1，最佳取 1.5mol L^-1；浸泡时间为12小时，浸泡温度为80℃；高温退火温度为1000℃，退火温度为2小时。

较佳的，步骤(2)中，硼酸改性的多孔碳纤维材料和粉末碘质量比为 1:20；水热反应温度为180℃，水热反应时间为24小时～72小时，最佳取 48小时。

上述I₂-MBC正极材料作为钠-碘电池的正极材料的应用。

与现有技术相比，本发明的优点是：