一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料及制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115881924A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211738036.0(22)申请日2022.12.31(71)申请人顺德职业技术学院地址528399广东省佛山市顺德区德胜东路93号(72)发明人黄钊文李友朋刘竞博(74)专利代理机构北京卓恒知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11394专利代理师张绮丽(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/48(2010.01)H01M4/583(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书3页(54)发明名称一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料及制备方法(57)摘要本发明公开了一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料及其制备方法，该负极材料最里层为Bi/BiOx核壳结构颗粒，中间包覆纳米碳纤维导电层，最外层为柠檬酸或沥青裂解碳包覆层，具有高容量、长寿命的特征。CN115881924ACN115881924A权利要求书1/1页1.一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料，其特征在于：电池负极材料最里层为Bi/BiOx核壳结构颗粒，中间包覆纳米碳纤维导电层，最外层为柠檬酸或沥青裂解碳包覆层。2.根据权利要求1所述的具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料，其特征在于：Bi/BiOx核壳结构的x取值范围是：x＝0.1～2。3.根据权利要求1所述的具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)取高纯(纯度在99％以上)的氧化铋粉体作为原料，氧化铋的最大颗粒粒径在100nm以下，根据摩尔比Bi2O3：C＝2:3称取氧化铋与石墨，石墨粒径不超过d50＝20微米；(2)将步骤(1)称取的材料在无水乙醇环境下高能球磨2‑5小时，球磨球为半径不超过5mm的氧化锆球；(3)取出经真空干燥24小时以上后，以2～5℃/min从常温加热至250～600℃，期间保持氩气惰性气氛保护，保温时间为2～6小时，自然降至常温，得到纳米Bi/BiOx核壳结构颗粒；(4)在步骤(3)获得的Bi/BiOx核壳结构颗粒按Bi/BiOx核壳结构颗粒质量比的1％～5％称取碳纳米管或碳纳米纤维或石墨烯，按Bi/BiOx核壳结构颗粒质量比的5％～20％称取柠檬酸或沥青，上述混合物在无水乙醇环境中高能球磨2‑5小时，球磨球为半径不超过5mm的氧化锆球；(5)取出经真空干燥24小时以上或喷雾干燥，以2～5℃/min从常温加热至400～600℃，期间保持氩气惰性气氛保护，保温时间为2～6小时，接着以2～5℃/min从常温加热至800～1100℃，保温时间为2～6小时，自然降至常温，获得具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料。2CN115881924A说明书1/3页一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料及制备方法技术领域[0001]本发明涉及电池负极材料技术领域，更具体地说，是涉及一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料及其制备方法。背景技术[0002]锂离子电池虽然成为了最重要的储能系统，但由于锂资源短缺，导致锂离子电池价格居高不下。钾离子电池由于其资源储量优势明显，且具有与锂离子电池相同的工作原理和相近的电化学电位，受到广泛关注。但是与锂离子相比，钾离子的半径较大，商业化的碳负极材料无法应用于钾离子电池。铋(Bi)具有高容量(3800mAhcm‑3)，几乎是石墨(756mAhcm‑3)的5倍。此外，Bi具有沿c轴的独特的大晶格条纹层结构有利于离子的插入。但铋嵌脱钾过程中存在较大的体积效应，材料表现出较差的循环稳定性。发明内容[0003]本发明所要解决的技术问题是，通过构造纳米Bi/BiOx核壳结构，为铋可能存在的体积膨胀预留空间，同时采用多层外包覆工艺，构造导电层及包覆层，提升材料导电性的同时，确保抑制主体材料向外膨胀，达到商业化应用要求。[0004]本发明解决其技术问题的技术方案是：一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料，铋基钾离子电池负极材料最里层为Bi/BiOx核壳结构颗粒，中间包覆纳米碳纤维导电层，最外层为柠檬酸或沥青裂解碳包覆层，具有高容量、长寿命的特征。[0005]Bi/BiOx核壳结构的x取值范围是：x＝0.1～2。[0006]本发明同时提供一种具有核壳结构的铋基钾离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：[0007](1)取高纯(纯度在99％以上)的氧化铋粉体作为原料，氧化铋的最大颗粒粒径在100nm以下，根据摩尔比Bi2O3：C＝2:3称取氧化铋与石墨，石墨粒径不超过d50＝20微米；[0008](2)将步骤(1)称取的材料在无水乙醇环境下高能球磨2‑5小时，球磨球为半径不超过5mm的氧化锆球；[0009](3)