[发明专利]一种新型锂离子电池CsPbBr3

说明书

本发明属于复合纳米材料领域，特别涉及一种新型锂离子电池CsPbBr₃/CNT钙钛矿复合材料及其制备方法，本发明首次将新型钙钛矿材料应用于锂离子电池，其微观形貌为碳纳米管与新型无机钙钛矿CsPbBr₃纳米颗粒的复合物；其中，CsPbBr₃纳米颗粒均匀分布成蜂窝状多孔结构；高导电材料碳纳米管作为导电碳基质分布于CsPbBr₃纳米颗粒的内部与表面，起到了连接与电导作用；其制备方法为：以碳纳米管为碳源分散于溶剂，超声离心后取上清液作为混合物A；CsBr、PbBr₂溶于混合物A加热混合均匀制得CsPbBr₃/CNT前驱体，加入到反溶剂反应后，经后处理得CsPbBr₃/CNT复合纳米材料，反应过程在常温下完成；应用该材料于锂离子电池负极材料，在100mA/g电流密度下循环100圈，容量稳定在500‑560mAh/g，并有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于复合纳米材料领域，特别涉及一种新型锂离子电池CsPbBr₃/CNT钙钛矿复合材料及其制备方法。

背景技术

由于人类过度依赖化石燃料(煤炭、石油、天然气等)而产生的能源危机和环境污染已经引起了全世界对可再生能源的关注。而作为极具发展前景的新能源代表，锂离子电池自上世纪90年代被成功商业化以来就被广泛应用到多种领域，最广泛的比如便携式电子设备和电力交通工具。在锂离子电池商业化的不断推进的大形势之下，人类对其电化学性能要求也不断提高，逐渐地，锂离子电池的各组成部分也相应的发展出各自体系。

锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜四部分组成，其中负极材料是制约锂离子电池电化学性能的重要因素。目前商业化的石墨负极能量密度低(372mAh/g)，无法满足对下一代锂离子电池高能量、高功率的要求。因此，寻找替代负极材料十分迫切。基于电化学反应的不同，新型负极材料主要可分为插层型电极材料，合金反应型电极材料、转化反应型材料和金属锂负极。基于在近25年内其商业化发展，传统插层电极不久将达到其性能极限。而其余三种电极虽都有较高比容量和能量密度但也都面临着循环稳定性较差，首次库伦效率过低，可逆循环性不良等问题。引起这方面问题的原因主要在于，锂离子在锂电负极嵌入嵌出过程中的极大体积变化导致电极破裂，以及固体电解质界面膜(SEI)的生成钝化了电极反应。因此要实现循环稳定性与容量密度的需求，需要发展一种新型锂离子电池负极材料来解决此类问题的发生。

最近，具有光伏特性的新型无机钙钛矿在太阳能、光催化、传感等领域赢得广泛关注，其在锂离子电池领域尚未有报道。考虑到太阳能电池和传感器中需要的必备储能设备，锂离子电池可作为首选，若将两者集成于一个器件将实现极大的便捷性与高效性，在未来具有较大应用潜力。因此新型无机钙钛矿材料在锂离子电池中的应用将得到探讨。

由于新型钙钛矿型电极材料特殊的八面体晶格，晶格空隙较大。将其应用于锂离子电池后，在锂离子嵌入嵌出负极的过程中，钙钛矿晶体结构变形极小，也就是说钙钛矿作为电极材料充放电过程中体积变化极小。同时其相对容量密度较商业石墨负极高，结合这两方面特点对新型钙钛矿做出研究应用。

发明内容

本发明解决传统锂离子电池负极循环稳定性与相对容量密度不能兼得的问题，以及锂离子电池面临的瓶颈，提供一种CsPbBr₃/CNT钙钛矿复合材料及其制备方法，实现了CsPbBr₃/CNT钙钛矿复合材料在锂离子电池负极的首次应用。

本发明的技术方案如下：

一种CsPbBr₃/CNT纳米复合材料，其微观形貌为碳纳米管与新型无机钙钛矿CsPbBr₃纳米颗粒的复合物；其中，CsPbBr₃纳米颗粒均匀分布成蜂窝状多孔结构；高导电材料碳纳米管作为导电碳基质分布于CsPbBr₃纳米颗粒的内部与表面。