[发明专利]一种柔性复合电极及其制备的电池

说明书

本发明公开了一种柔性复合电极及其制备的电池，所述碳化棉布上负载有金属硫化物的复合电极材料是通过将棉布与金属硫化物在溶液中于温和条件下复合并碳化后得到，复合材料中金属硫化物均匀负载在碳化棉纤维上，复合材料具有三维交联多孔的微观形貌和柔性自支撑的宏观特点。所述电池为可充放室温钠（离子）电池。其中钠电池是以柔性复合电极为钠电池的正极，金属钠为负极；钠离子电池是以柔性复合电极为负极，可嵌脱钠的材料为正极。本发明公开的柔性复合电极具有成本低廉、原料丰富易得、制备流程简单的优点，同时可实现废旧棉纺织物的回收再利用，具有良好的循环经济价值和极高的环保意义。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种柔性复合电极及其制备的电池。

背景技术

由于对柔性器件的需求不断增长，柔性电极近年来也吸引了研究人员极大的关注。常用的柔性基底，如石墨烯、碳纳米纤维、商用碳布和金属等，成本较高。同时，常用的柔性基底与高容量材料复合的方法如高温水热法、浸渍法、电沉积和高压下的静电纺丝法，通常会面临能耗较大、负载不均的问题。因此急需开发一种高容量材料在温和条件下与价格低廉的柔性基底进行有效均一复合的方法。

纺织品工业是当前世界范围内最大而且成熟的工业之一，可以快速进行纺织品的高产量输出，纺织产品也广泛应用于人们生产生活的各个领域。然而，与此同时也产生了数量庞大的废弃纺织品材料，而当前的垃圾场填埋处理和焚烧处理造成了严重的资源浪费和生态环境的破坏。因此，对废旧纺织材料进行有效的回收再利用，不仅避免了资源浪费，实现了废旧纺织品的再利用价值，同时也具有极高的环保意义。作为主要的纺织品之一，棉布具有价格低廉、质量轻和表面化学活性高的优点。棉布的化学组成为纤维素，纤维素中的具有丰富的含氧基团，而对于已被染料染色后的有色棉织物，从化学的角度上看，其纤维表面已被修饰上了一定量的官能团，而且多为具有极性的基团，这些均使棉布能通过化学作用与电极活性材料有效复合，进而提升材料的能量密度，同时，碳化过后的棉布又可具有导电性的同时保持柔性，非常适合作为柔性电极的导电集流体。

钠离子电池由于具有与锂离子电池相似的储能机理，同时具有钠资源丰富、成本低廉的优点，在大规模储能领域中拥有广阔的应用前景。随着近年来对钠离子电池研究的深入，开发具有高能量密度和长循环稳定性的钠离子电池成为目前钠离子电池的研究发展方向之一。钠离子电池电极材料是决定电池性能的关键，也是当前研究的核心。在钠离子电池负极材料方面，金属硫化物由于具有储量丰富、安全性高和理论比容量高的优点而具有良好的发展前景。

此外，当前研究多集中在提升金属硫化物自身的质量比容量，而针对电极中活性材料低负载量造成的低面容量的研究较少。同时，常规的电极制备工艺采用的浆料涂布法不可避免的需要使用粘结剂、额外的导电剂和金属集流体，这些不贡献容量的组分又大大降低了整个电极以及电池的体积/质量能量密度，同时，还可能造成后期电池循环寿命的衰减。因此，具有自支撑结构的电极材料更有利于提升电极的能量密度。

发明内容

本发明提出了一种柔性复合电极及其制备的电池，在温和条件下将柔性棉布与高容量的金属硫化物颗粒复合，碳化后作为柔性复合电极，具有成本低廉、原料丰富易得、制备流程简单的优点，同时为废旧棉纺织物的回收提供了一条途径，具有极高的环保意义。碳化过后的棉布同时具有柔性和导电性的特点，当作为柔性钠电池/钠离子电池的电极基底时，既可作为集流体，又可提供储钠容量。包含该材料的可充放钠（离子）电池表现出较高的面容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性，具有非常好的应用前景。

实现本发明的技术方案是：一种柔性复合电极，柔性复合电极为碳化棉布上负载金属硫化物的复合电极材料，柔性复合电极具有三维交联多孔的微观形貌，为柔性自支撑的电极材料。

所述金属硫化物是指Fe、Co、Ni、Sn、Mo、Cu、Zn、Ti、V、Cr、Mn、Te、Ag和W的硫化物中的一种或几种的复合物；柔性复合电极中金属硫化物的含量为1-90 wt.%。