[发明专利]纳米管阵列/碳布复合材料、柔性电极、锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料的技术领域，公开了纳米管阵列/碳布复合材料、柔性电极、锂离子电池及其制备方法。纳米管阵列/碳布复合材料采用三氯化铁刻蚀镍、钴二元前驱体得到柔性FeOOH纳米管阵列/碳布复合物，然后进行碳包覆，再分别通过固相硫化、气相磷化得到FeS@C、FeP@C纳米管阵列/碳布的柔性电极。本发明的材料的结构稳定性好，具有良好的循环稳定性和较高的可逆比容量。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及纳米管阵列/碳布复合材料、柔性电极、锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池的广泛应用，各种手持和便携式电子设备涌入日常生活。因此，各种电子设备对电池的要求也越来越高。随着全球能源问题的日益突出，各国对于新一代清洁能源的开发显得十分紧迫。锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话、手提电脑等电子产品，日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。

近年来，柔性/可折叠光电子器件的研究备受瞩目，但如何将柔性构建的思路与基于纳米材料的锂离子电池相结合并与此同时获得高电池性能、优良弯折稳定性的锂离子电池仍是困扰大多数科研人员的一个巨大难题。结合国内外在能源存储领域最新研究进展，设计构建出了一种基于多级结构的纳米线阵列/碳布复合结构的新型柔性高性能锂离子电池。

铁基材料由于具有较高的能量密度，原材料资源丰富，价格低廉，安全性好。受到人们的广泛关注。

传统的制备铁基纳米管阵列材料大多采用A₂O₃模板或者生长 ZnO阵列作为模板，制备过程难以控制，生长的铁基纳米管形貌的一致性较差，而且与基底的结合较差。

发明内容

本发明的目的是提供纳米管阵列/碳布复合材料及其制备方法；提供以这种纳米管阵列/碳布复合的柔性电极制备的柔性电极、锂离子电池及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下，

一种纳米管阵列/碳布复合柔性电极的制备方法，包括以下步骤:

(1)在反应釜中，将镍金属盐、钴金属盐和尿素溶于水中，加入碳布，搅拌均匀，水热反应后，冷却至室温，将产物洗涤干燥后得到前驱体阵列；

(2)将所述前驱体阵列放入铁盐溶液中依次进行保温、洗涤、干燥后得到柔性FeOOH纳米管阵列/碳布复合物；

(3)将所述柔性FeOOH纳米管阵列/碳布复合物浸泡在葡萄糖溶液中，然后风干，高温退火得到Fe₃O₄@C纳米管阵列/碳布复合物；

(4)选择性地，将所述Fe₃O₄@C纳米管阵列/碳布复合物放置于盛放有硫或次亚磷酸钠的陶瓷容器内，高温热处理，得到FeS@C纳米管阵列/碳布复合物或FeP@C纳米管阵列/碳布复合物；

(5)以所述Fe₃O₄@C纳米管阵列/碳布复合物、FeS@C纳米管阵列/ 碳布复合物或FeP@C纳米管阵列/碳布复合物制备纳米管阵列/碳布复合柔性电极。

优选的，步骤(1)中，所述镍金属盐为氯化镍，钴金属盐为氯化钴，氯化镍、氯化钴和尿素溶于水中，得到的氯化镍浓度为0.1～ 0.4mol/L、氯化钴浓度为0.2～0.8mol/L、尿素浓度为1.0～3.0mol/L。

优选的，步骤(1)中，所述反应釜填充度为60～90％，所述洗涤是用去离子水和乙醇溶液洗涤，所述干燥温度为50～100℃，所述水热反应时间为5～24小时，所述水热反应温度为80～150℃，所述碳布尺寸为3cm×6cm。