[发明专利]一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法

说明书

一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。该方法先采用溶胶‑凝胶法将一定量的海藻酸钠粉和琼脂粉制备成前驱体水凝胶；再将Mn(NO₃)₂溶液、ZnCl₂颗粒按一定比例配置成混合溶液，将前驱体水凝胶浸没于此混合溶液中6‑9小时得到双网络水凝胶；随后将制得的水凝胶用去离子水多次洗涤后进行冷冻干燥，得到蓬松的双网络气凝胶；最后在惰性气体保护下经高温炭化得到海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料。本发明操作方法简便易行，所用原料成本较低、来源广泛，所制备的材料用于锂离子电池负极时机械性能、导电性和充放电过程中的稳定性较好，同时能够保持孔结构，具有较优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池(LIB)具有电压高、容量大、充电快、寿命长、安全性强、无记忆效应等优点，作为一种极具发展前景的新能源材料已被广泛应用于便携式电子产品、大型储能设备、航空航天、电动汽车等领域。然而，商业化的锂离子电池所使用的石墨负极材料由于理论比容量较低(372mAh/g)已经不能满足相关行业的发展需求，亟待开发出同时兼备高比容量和优异循环稳定性和倍率性能的新型负极材料。大量研究表明，过渡金属氧化物(MO，M＝Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等)因具有较高的理论比容量和较好的化学稳定性而成为替代石墨负极材料的优异选择。但当金属氧化物用作锂电池负极材料时，由于其自身导电性比较差，颗粒易团聚等原因，在锂化时会出现严重的体积膨胀，这极大地限制了锂电池的电化学性能，通常可以通过将其与炭材料进行复合来改善这一问题。

海藻酸钠(SA)是一种来源于褐藻的天然高分子多糖聚合物，它原料易得、成本较低、天然环保，能溶于水形成一种粘性溶液，特别地，当溶液中有多价金属阳离子存在时，能形成一种“蛋-壳”模型的立体网络结构，这种结构可以有效改善金属氧化物颗粒团聚问题。以海藻酸钠为原材料，通过溶胶-凝胶法、冷冻干燥、炭化活化等工艺得到的炭气凝胶材料，具有三维网络结构、良好的导电性和较高的比表面积，这引起了人们的广泛关注，专利CN105719853A公开了一种以海藻酸钠和Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O为原料，利用海藻酸钠能够与多价金属阳离子螯合成水凝胶并提供碳源的特性，通过离子交换、冷冻干燥和炭化氧化等工艺制备的碳/钴酸镍气凝胶纳米材料，将其适用于超级电容器的电极材料时，具有较高的比电容值。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法，该制备方法简便、绿色、成本较低。本发明所制备的海藻酸钠基双网络炭气凝胶材料作为锂离子电池的负极材料时能表现出优异的电化学性能。

本发明所提供的用于锂离子电池的海藻酸钠基双网络炭气凝胶负极材料制备方法，先使海藻酸钠和琼脂通过氢键交联形成第一层网络，再通过原位法利用海藻酸钠能与多价金属阳离子螯合的性质形成第二层网络。主要制备步骤如下：

步骤(1)将海藻酸钠粉和琼脂粉按照一定的质量比例加入到一定量的去离子水中，然后水浴加热并搅拌一段时间，使之充分溶解于去离子水中并形成一种均匀粘稠溶液。

步骤(2)将步骤(1)得到的粘稠溶液转移至一次性塑料杯中，将溶液静置至无气泡并冷却至室温，得到预成型的水凝胶。

步骤(3)量取一定量的Mn(NO₃)₂溶液、称取一定量的ZnCl₂颗粒置于一定量的去离子水中搅拌使其完全溶解，得到均匀的混合溶液。

步骤(4)剪开步骤(2)中的一次性塑料杯，取出预成型的水凝胶，将其放置于步骤(3)得到的混合溶液中浸泡一段时间，之后用去离子水进行多次洗涤，得到海藻酸钠基双网络水凝胶。