[发明专利]以细菌为基体制备金属离子电池负极材料的方法及电池

说明书

技术领域

本发明涉及金属离子电池及金属离子电池负极材料等领域，尤其涉及一种以细菌为基体制备金属离子电池负极材料的方法及电池。

背景技术

柔性储能系统要求存储系统具有容量高、寿命长、库仑效率高、安全和低价格的特性。在各种储能技术中，锂离子电池由于其相对高的放电电压和良好的能量密度，广泛应用于个人便携式电子器件中。然而，电极的循环稳定性仍然由于电极材料的损坏和由于充放电过程中发生的大体积膨胀而在电极表面形成的不稳定的固体电解质界面(SEI)而受限。此外，SEI膜的破裂将导致在随后的充放电周期中在电极SEI膜表面的形成一个新的SEI，这可能会导致库仑效率低和锂离子在堆积的SEI膜中传输困难。因此合适的新电极材料，满足高容量长期稳定要求，以实现大规模储能是很重要的。

经过数百万年的自然选择形成的生物结构，往往可以作为新材料开发的有效指引。细菌不断地暴露在恶劣的环境中，因此具有抵抗这些外界压力的能力对他们的生存是至关重要的。此外，细菌在高金属含量环境中生长和吸收金属离子的能力在许多应用技术中都起着重要的作用，如生物矿化、纳米科学和能源等领域。以一种廉价的资源遍布全球各地，细菌具有有趣的特征可以作为很好的基体来合成材料(纳米到微米尺寸)，特别是用于提升能源储存技术。然而，基体方法有其自身的缺陷，即，需要去除的基体，或当其作为锂离子电池负极材料时不能有效的保护材料。因此，要克服这些缺点，并制备柔性的高性能金属离子电池，现有的技术还有待改进。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供了一种以细菌为基体制备金属离子电池负极材料的方法及电池。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种以细菌为基体制备金属离子电池负极材料的方法，包括：进行细菌培养，制备细菌溶液；添加含有多价态金属离子的金属盐，细菌吸收金属盐中的金属离子并原位合成磷酸金属；通过真空过滤及退火，碳化生成蛋黄-蛋壳结构磷酸金属-碳复合材料。

优选的，所述进行细菌培养，制备细菌溶液包括：将重量比为1：1-1：10的培养基和菌粉加入到放置有200ml去离子水的干净培养皿中；接着缓慢搅拌溶液1-30min，得到均匀的混合溶液；将混合溶液静置10-30h，使细菌繁殖。

优选的，所述添加金属盐，细菌吸收金属盐中的金属离子并原位合成磷酸金属包括：称取1-30g金属盐溶于细菌溶液，并磁力搅拌1-30min；然后放置15-40h，细菌大量吸收金属盐提供的金属离子，并原位合成磷酸金属；用低转速离心方法去渣，将得到悬浮液在高转速下离心，并反复洗涤2-8次得到磷酸金属混合细菌溶液。

优选的，所述通过真空过滤及退火，碳化生成蛋黄-蛋壳结构磷酸金属-碳包括步骤：将得到的磷酸金属混合细菌溶液进行真空过滤，并将得到的柔性薄膜在真空干燥箱中干燥1-5h；将柔性薄膜从过滤网上剥下，然后在充满保护气体环境中，以10-30℃/min的加热速率加热，并在600-800℃下退火1-5h；得到蛋黄-蛋壳结构的磷酸金属-碳复合材料。

优选的，在磷酸金属-碳外表面形成至少一层保护层，同碳层共同形成多层保护结构。

优选的，所述保护层为还原氧化石墨烯，所述在磷酸金属-碳外表面形成还原氧化石墨烯包括：将氧化石墨烯：乙醇按重量比为1：50-1：100的进行混合，并超声分散1-5h，得到分散均匀的石墨烯分散液；将得到的石墨烯分散溶液和 磷酸金属混合细菌溶液按重量比为1：0.1-1：5进行混合，并剧烈搅拌10-120min。

优选的，所述培养基为替细菌提供营养的葡萄糖或蔗糖。

优选的，所述金属盐为乙酸锰、乙酸铁、乙酸钴、乙酸硅、乙酸锗、乙酸铜、乙酸镍、乙酸钒任一种。

本发明还提供一种电池，所述电池为金属离子电池，所述电池的负极材料为上述任一方法制备的负极材料。