[发明专利]一种离子交换法无锂柔性电极制备方法

说明书

本发明提供了一种离子交换法无锂柔性电极制备方法。本发明采用电化学沉积法在碳布上沉积氢氧化镁，制备了氢氧化镁‑碳布复合物；并以葡萄糖为碳源，通过水热处理和高温碳化处理形成碳包覆层，同时利用高温碳化处理将氢氧化镁脱水成氧化镁，得到碳包覆的氧化镁‑碳布复合物；再通过对碳包覆的氧化镁‑碳布复合物进行离子交换反应和脱水处理，将其转变为碳包覆氧化镍‑碳布复合物，从而得到具有高容量的柔性电极材料。通过上述方式，本发明能够在形成无损致密的碳包覆层的同时提高碳布表面活性物质负载量，并有效避免高温碳化过程对氧化镍的影响，使制备的柔性电极具有较高的电导率和比容量，对于高容量柔性电池体系的设计具有重要意义。

技术领域

本发明涉及柔性电极技术领域，尤其涉及一种离子交换法无锂柔性电极制备方法。

背景技术

柔性锂离子电池具有优异的电化学储能能力和机械稳定性，在智能便携微型器件中发挥着举足轻重的作用。作为最先进的储能器件，柔性锂离子电池的电化学性能应该在高度变形状态下得到很好的保持，此外，与传统的厚堆叠结构的锂离子电池相比，柔性锂离子电池通常要薄得多，所含的电极材料要少得多，导致柔性锂离子电池能量密度较低。因此，如何提高柔性电极的容量，以提升柔性锂离子电池的能量密度成为了发展柔性锂离子电池的关键挑战，对于开发高性能柔性储能器件具有重要社会经济学意义。

基于转化型储能机制的过渡金属化合物(TMCs)纳米材料因其具有理论容量高、种类多，来源丰富等特点，被认为是高能量密度电极材料的发展方向，引起了众多研究者的重视。例如，公开号为CN111276342A的专利提供了一种柔性电极的制备方法及其产品和应用，该专利通过将具有表面活性的碳布浸入过渡金属前驱体溶液中，利用化学浴沉积复合后再进行煅烧，得到碳布/过渡金属氧化物复合柔性电极。但是，由于充放电过程中过渡金属化合物存在巨大的体积变化，进而导致结构坍塌、电子电导率低、离子扩散率差等问题，限制了这类柔性电极的进一步发展。

目前，随着柔性电极制备技术的发展，离子交换(IE)技术逐渐开始受到研究者的关注。离子交换技术作为一种温和的纳米材料合成新方法，不仅能够精确地在纳米尺度上对产物进行形貌设计，还可以原位精准调控元素的组成和含量。这种基于离子交换技术制备的柔性电极对于构建柔性锂离子电池体系具有重要社会经济学意义。

有鉴于此，有必要设计一种改进的离子交换法无锂柔性电极制备方法，以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种离子交换法无锂柔性电极制备方法。通过将氢氧化镁沉积在碳布表面，再使其在高温下进行碳包覆，得到碳包覆的氧化镁-碳布复合物，从而在形成无损致密的碳包覆层的同时提高碳布表面活性物质负载量；并通过对碳包覆的氧化镁-碳布复合物进行离子交换反应和脱水处理，将其转变为碳包覆氧化镍-碳布复合物，从而得到具有高容量的柔性电极材料。

为实现上述目的，本发明提供了一种离子交换法无锂柔性电极制备方法，包括如下步骤：

S1、采用电化学沉积法在碳布上沉积氢氧化镁，得到氢氧化镁-碳布复合物；

S2、将步骤S1得到的所述氢氧化镁-碳布复合物浸入葡萄糖水溶液中，进行水热处理；再将所述水热处理后得到的产物洗涤、干燥后进行高温碳化处理，得到碳包覆的氧化镁-碳布复合物；

S3、将步骤S2得到的所述碳包覆的氧化镁-碳布复合物浸入镍盐溶液中，进行离子交换反应；再将所述离子交换反应的产物洗涤、干燥后在惰性气氛下进行煅烧处理，得到柔性电极。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述采用电化学沉积法在碳布上沉积氢氧化镁具体包括如下步骤：

采用两电极电沉积体系，以铂片和碳布分别作为对电极和工作电极，以0.2～0.8mol/L的硝酸镁水溶液作为电解质，在室温下电沉积0.5～2h后，经洗涤、干燥，得到氢氧化镁-碳布复合物。