[发明专利]一种高性能水系电池用铋基负极及制备方法

权利要求书

1.一种水系电池用铋基负极，其特征在于包括活性物质和多孔导电碳基底；其中多孔导电碳基底的结构为：碳布中每一根碳纤维的表面包覆疏松多孔状的无定形碳；所述活性物质生长于无定形碳的表面，以碳纤维为中心轴，由内向外依次为无定形碳和活性物质的同轴结构，使得活性物质与柔性碳布集流体实现了纳米级别的紧密结合；所述活性物质为具有纳米片形貌的金属铋；

所述水系电池用铋基负极的制备方法如下：

步骤1：将碳布用浓硝酸浸泡处理1～3小时后，清洗烘干；将USP级黄原胶粉末溶于去离子水中形成黄原胶凝胶；

步骤2：将碳纳米管分散液和黄原胶凝胶混合得到凝胶状物质，随后用软毛刷蘸取该凝胶涂覆在碳布上；

步骤3：将碳布置于管式炉石英管加热温区中心，采用氩气冲洗石英管以排除杂质气氛；

步骤4：在氩气流速为100～400sccm的氩气气氛中对管式炉进行分阶段温度调控；第一阶段35～45分钟内升温至700～900℃，第二阶段在700～900℃下保温2-6小时，第三阶段为管式炉自然冷却到室温，获得多孔导电碳基底；

步骤5：采用化学气相沉积法，以高纯BiI₃粉末为前驱体，在多孔导电碳基底上制备BiOI纳米片；具体制备工艺为：将BiI₃粉末和多孔导电碳基底前后放置在管式炉石英管中，且BiI₃粉末位于加热温区中央位置，BiI₃粉末与基底的距离为10～15cm；在空气气氛中将管式炉升温到350～370℃，保温20-30分钟后自然冷却到室温，得到长有BiOI纳米片的多孔导电碳基底；

步骤6：采用电化学循环伏安还原法，以Hg/HgO为参比电极，以铂片为对电极，以长有BiOI纳米片的多孔导电碳基底为工作电极，通过三电极系统将BiOI原位转变为铋活性物质，得到高性能水系电池用铋基负极；仪器参数设置为：扫描速率5～20mv/s,电位窗口0～-1V。

2.根据权利要求1所述水系电池用铋基负极，其特征在于：所述碳纤维表面的单位面积活性物质负载量为27.5mg cm^-2，单位面积比容量为2.17mAh cm^-2。

3.一种制备权利要求1或2所述水系电池用铋基负极的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳布用浓硝酸浸泡处理1～3小时后，清洗烘干；将USP级黄原胶粉末溶于去离子水中形成黄原胶凝胶；

步骤2：将碳纳米管分散液和黄原胶凝胶混合得到凝胶状物质，随后用软毛刷蘸取该凝胶涂覆在碳布上；

步骤3：将碳布置于管式炉石英管加热温区中心，采用氩气冲洗石英管以排除杂质气氛；

步骤4：在氩气流速为100～400sccm的氩气气氛中对管式炉进行分阶段温度调控；第一阶段35～45分钟内升温至700～900℃，第二阶段在700～900℃下保温2-6小时，第三阶段为管式炉自然冷却到室温，获得多孔导电碳基底；

步骤5：采用化学气相沉积法，以高纯BiI₃粉末为前驱体，在多孔导电碳基底上制备BiOI纳米片；具体制备工艺为：将BiI₃粉末和多孔导电碳基底前后放置在管式炉石英管中，且BiI₃粉末位于加热温区中央位置，BiI₃粉末与基底的距离为10～15cm；在空气气氛中将管式炉升温到350～370℃，保温20-30分钟后自然冷却到室温，得到长有BiOI纳米片的多孔导电碳基底；

步骤6：采用电化学循环伏安还原法，以Hg/HgO为参比电极，以铂片为对电极，以长有BiOI纳米片的多孔导电碳基底为工作电极，通过三电极系统将BiOI原位转变为铋活性物质，得到高性能水系电池用铋基负极；仪器参数设置为：扫描速率5～20mv/s,电位窗口0～-1V。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述浓硝酸的质量分数为98％。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述黄原胶凝胶是将1～5mg USP级黄原胶粉末，溶于20～100ml去离子水中形成黄原胶凝胶。