[发明专利]一种连通介孔碳基复合物电极材料的制备方法

说明书

本申请提供了一种连通介孔碳基复合电极材料的制备方法，所述方法包括步骤：a)将络合剂、二元醇、水和任选的金属盐络合交联，得到均一的前驱体凝胶；b)将前驱体凝胶与气相白炭黑充分混合，得到混合物；c)将所述混合物进行热解，得到中间态的纳米材料；d)将所述中间态的纳米材料进行刻蚀以刻蚀掉气相白炭黑，得到具有连通介孔的纳米碳基复合物电极材料。本申请的连通介孔碳复合物材料的合成方法原料来源广泛，具有普适性。同时本申请合成的碳基纳米材料作为低温下的钠、钾离子电池具有较高的容量与稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及碳基复合电极材料的制备方法与应用。

背景技术

高性能低温钠/钾离子电池的开发对于国防，航空航天和大规模储能等关键应用具有重要的技术意义。然而，由于低温下钠钾离子在离子传输过程中极慢的去溶剂化反应，钠/钾离子电池的电化学性能非常差。因此，开发高容量、高倍率、长循环寿命的钠/钾离子电池电极材料至关重要。在低温时，增加负极的比容量被认为是提高电池能量密度的诱人途径。

以合金基负极为例，其一直广受研究人员关注，不仅可以提供高容量，还提供了合适的工作电压平台，这有利于防止钠/钾枝晶的形成，提高了电池的安全性。但是合金基负极存在着循环过程中体积膨胀大，循环过程中稳定性差等短板，碳基合金复合材料通过预留膨胀体积和维持结构稳定等方式，可以很好地解决这些问题。金属铋负极可以实现386mAh g^-1的比容量和高容量3800mAh cm^-3，是非常有应用前景的电极材料。因此，从材料选择和电极材料设计角度出发，理想的低温钠钾离子负极材料应具有丰富离子传输通道、高比容量以及高化学稳定性。

迄今报道的大多数纳米级合金基材料的合成都集中在自下而上的过程中，包括超声-过滤法，溶剂热法和化学脱合金法等。尽管这些策略成功地制备了具有均匀可控颗粒尺寸的纳米合金基材料，但是这些策略很少考虑在材料中构筑丰富的离子传输通道以实现对离子传输要求较高的低温储能。开发一种生产有连通介孔、均匀金属颗粒、成本低的碳基复合电极材料的合成方法，变得尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连通介孔碳基复合电极材料的制备方法，本申请提供的碳纳米复合材料的制备方法具有普适性。

本申请提供了一种连通介孔碳基复合电极材料的制备方法，所述方法包括：将络合剂(例如，柠檬酸)、二元醇、水、金属盐络合交联，得到均一的前驱体凝胶，然后将前驱体凝胶与气相白炭黑充分混合，得到混合物，将所述混合物进行热解，得到中间态的纳米材料，最后将所述中间态的纳米材料进行刻蚀以刻蚀掉气相白炭黑，得到具有连通介孔的纳米碳基复合物电极材料。

优选地，所述络合剂选自无水柠檬酸、乙二胺四乙酸或酒石酸等。

优选地，所述二元醇选自乙二醇或丙二醇等。

优选地，所述金属盐为硝酸盐，更优选为选自Bi、Co或Mn的硝酸盐。

本申请提供的碳纳米材料原料易得，且反应条件温和，适用性广。进一步的，本申请所制备的碳基纳米材料中碳复合的金属具有嵌钠嵌钾活性，使其作为钠钾离子电池具有优异的电化学活性；同时，碳纳米材料中提供的连通的介孔，不仅提高了材料整体的结构稳定性，还在低温充放电过程中，提供了更短的离子扩散路径和更快的离子传输速率，因此本申请提供的碳纳米材料作为在钠钾离子电池的电极材料在低温下具有较好的容量与稳定性。

附图说明

图1为本公开实施例1制备的连通介孔碳基复合电极材料的储能原理图；

图2为本公开实施例1制备的连通介孔碳基复合电极材料的扫描电镜照片；

图3为本公开实施例1制备的连通介孔碳基复合电极材料的透射电镜照片；

图4为本公开实施例1所用的气相白炭黑的扫描电镜照片；