[发明专利]半填充一维纳米纵孔复合纤维膜柔性电极材料及制备方法

说明书

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种半填充一维纳米纵孔复合纤维膜柔性电极材料及制备方法。通过水热法合成Sb₂S₃或者Bi₂S₃纳米棒，然后再通过静电纺丝的方法将Sb₂S₃纳米棒或者Bi₂S₃纳米棒与PAN纺丝液均匀混合物进行纺丝，最后对静电纺丝产物进行烧制分别获得半填充一维纳米纵孔的锑碳或者铋碳复合纳米纤维膜柔性电极材料。本发明的复合结构充分发挥了金属锑/铋的高比容量特点和PAN高温处理形成的碳材料结构稳固、柔韧性好以及高导电性的特点，此外因锑/铋部分挥发形成的半填充式纵孔结构可缓冲金属锑/铋在循环过程中的体积膨胀效应。

技术领域：

本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种半填充一维纳米纵孔复合纤维膜柔性电极材料及制备方法。

背景技术：

钠离子电池的发展面临的问题主要是低能量密度、低功率密度、循环寿命短。开发大容量、长周期、高倍率的钠存储材料是钠离子电池发展面临的主要挑战。负极材料是影响钠离子电池性能的主要因素之一，因而开发具有高比容量和长循环寿命的负极材料显得尤为重要。具有合金或转换反应的负极材料因在储能过程中的多电子反应，具有较高的理论比容量，近年来受到人们的广泛关注。金属锑和金属铋因其高比容量，合成方法简单，电压平台适中受到研究者的广泛关注。但是锑/铋在嵌钠过程中会发生大的体积膨胀，在应力的作用下会发生粉化现象从集流体上脱落，造成活性物质的损失及电极材料结构的破坏，影响其循环寿命及实际比容量。此外，锑/铋与电解液直接接触的副反应也是限制其发展的另一个弊端。研究者近年来通过结构纳米化及与碳材料复合的策略来解决上述存在的问题。但是，其他的工作是将锑/铋附着在碳材料表面，这样使得锑/铋直接暴露在电解液中，增加了充放电过程中的副反应，降低了库伦效率和实际比容量；或是将碳材料附着在金属锑/铋表面，这样避免了金属锑/铋直接暴露在电解液中，但是碳材料内部的锑/铋在充放电过程中发生大的体积变化，碳材料在循环应力的作用下会不断脱落，失去约束的锑粉化造成活性物质的损失，进而影响循环性能，都不能从根本上解决问题。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是锑/铋在嵌钠过程中会发生大的体积膨胀，在应力的作用下会发生粉化现象从集流体上脱落，造成活性物质的损失及电极材料结构的破坏，影响其循环寿命及实际比容量；以及锑/铋与电解液直接接触的副反应也是限制其发展的另一个弊端。

为解决上述问题，本发明通过获得一种半填充一维纳米纵孔的锑碳或者铋碳复合纳米纤维膜柔性电极材料，这种复合结构充分发挥了金属锑/铋的高比容量特点和PAN高温处理形成的碳材料结构稳固、柔韧性好以及高导电性的特点，此外因锑/铋部分挥发形成的半填充式纵孔结构可缓冲金属锑/铋在循环过程中的体积膨胀效应。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现，一种半填充一维纳米纵孔复合纤维膜柔性电极材料的制备方法，通过水热法合成Sb₂S₃(三硫化二锑)或者Bi₂S₃(三硫化二铋)纳米棒，然后再通过静电纺丝的方法将Sb₂S₃纳米棒或者Bi₂S₃纳米棒与PAN纺丝液均匀混合物进行纺丝，最后对静电纺丝产物进行烧制分别获得半填充一维纳米纵孔的锑碳或者铋碳复合纳米纤维膜柔性电极材料。

进一步的，包括以下步骤：