[发明专利]一种复合电极材料的制备方法及复合电极材料及电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电极材料的制备方法。

本发明涉及一种上述制备方法得到的复合电极材料。

本发明涉及一种包括上述复合电极材料的电池。

背景技术

在过去的二十年中，可充电电池的性能有了很大的改善。可充电电池能够提供高能量密度和功率，这使其广泛应用于混合动力汽车、电动汽车以及大规模储能等领域。

但是，可充电电池的性能、成本、以及对环境的可持续发展仍然是人们所关注的问题。一般来说，在可充电电池的组成成分中，电极材料占据着最重要的地位，电极极材料的好坏，直接影响了最终可充电电池的性能指标。电极材料的成本，也是影响可充电电池成本的重要因素。

目前，现有电极材料的制备方法，多为化学合成方法。例如共沉淀法、高温固相合成法、水热法、溶胶凝胶法、微波合成法等方法。这些合成方法一般成本较高、且不利于环境的可持续发展。

纳米电极材料由于性能优异，成为人们研究可充电电池的电极材料的热点。当采用上述制备方法合成纳米电极材料时，一般需要复杂而精确的工艺控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有电极材料的制备方法成本高、合成工艺复杂、以及不利于环境的可持续发展。

本发明提供了一种复合电极材料的制备方法，所述制备方法包括：将毛发与活化剂接触使毛发活化；将活化后的毛发分散在分散介质中，然后加入金属源溶液浸泡以吸附金属离子，再将吸附金属离子后的毛发在含氧气氛或者惰性气氛下煅烧，得到含金属氧化物或金属硫化物的复合电极材料。

优选地，所述毛发与活化剂接触为将毛发浸泡在活化剂中。

优选地，所述活化剂为氢氧化钠或氢氧化锂。

优选地，所述活化剂的浓度为0.1～1mol/L。

优选地，所述活化的时间为1～24h。

优选地，所述方法还包括在活化之前的预清洗步骤；所述预清洗步骤包括将毛发在清洗剂中洗涤。

优选地，所述洗涤的时间为15～60分钟。

优选地，所述清洗剂包括脱脂剂，所述脱脂剂选自乙醇、丙酮、己烷、乙二胺四乙酸和十二烷基磺酸钠中的一种。

优选地，所述清洗剂包括杂质金属消除剂，所述杂质金属消除剂选自硝酸和/或氯化铁。

优选地，所述硝酸的质量百分浓度为0.5～2%。

优选地，所述分散介质为乙酸乙酯。

优选地，所述金属源溶液中的金属离子选自镁离子、铜离子、锰离子、钴离子、镍离子、铁离子和铝离子中的一种或几种。

优选地，所述金属源溶液中的阴离子选自硫酸根离子、硝酸根离子、醋酸根离子和乙酰乙酸根离子中的一种或几种。

优选地，在吸附金属离子时，所述浸泡的次数为至少两次；且在相邻两次浸泡之间，将毛发从金属源溶液中滤出。

优选地，在吸附金属离子时，浸泡的时间为2～24h。

优选地，在吸附金属离子时，浸泡的溶液的pH值为8～9。

优选地，所述煅烧的温度为600～900℃。

优选地，所述煅烧的时间为2～8h。

本发明还提供了一种复合电极材料，所述复合电极材料通过本发明所提供的制备方法制得。

本发明还提供了一种电池，所述电池含有本发明所提供的复合电极材料。

与现有技术相比，本发明的制备方法，其工艺简单灵活，不需要复杂且精确的工艺控制。本发明的制备方法，采用毛发作为生物模板，毛发资源丰富且容易获取、能有效利用毛发渣等废弃物，变废为宝，成本低廉。本发明的制备方法，不要使用大量化学试剂，绿色环保，有利于环境的可持续发展。

附图说明

图1(a)是未经任何处理的毛发的SEM图。

图1(b)是NaOH活化之后的毛发的SEM图。

图1(c)是浸泡金属源溶液后的毛发的SEM图。

图1(d)是浸泡金属源溶液后水洗后的毛发的SEM图。

图2(a)、2(b)分别为复合电极材料A1在不同放大倍数下的SEM图。

图3(a)、3(b)分别为复合电极材料A2在不同放大倍数下的SEM图。

图4为复合电极材料A1的XRD图。

图5为复合电极材料A1和A2的循环伏安曲线。

图6(a)为复合电极材料A1的电压曲线。

图6(b)为复合电极材料A2的电压曲线。

图7为复合电极材料A1制成的锂离子电池0.1C下循环性能图。

图8为复合电极材料A3的XRD图。