一种大容量氢碳电池及其制备方法与流程

本发明涉及电化学储能，具体为一种大容量氢碳电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着能源需求的不断增长和对清洁能源的迫切需求，氢碳电池作为一种高效、清洁的能源储存和转换技术引起了广泛关注。氢碳电池以氢气和碳源作为燃料，通过电化学反应产生电能。与传统电池相比，氢碳电池具有高能量密度、低排放、可再生等优势，因此被认为是一种有潜力的绿色能源技术。

2、然而，现有的氢碳电池在制备和性能方面仍存在一些挑战。其中包括催化剂的稳定性、电池寿命、电极材料的制备方法等问题。因此，迫切需要一种新型的大容量氢碳电池以及相应的制备方法，以克服这些挑战并提高氢碳电池的性能。

3、为了解决上述问题，提高氢碳电池的容量，本发明提供了一种大容量氢碳电池及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大容量氢碳电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种大容量氢碳电池的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一：使用芯层纺丝液和壳层纺丝液，采用同轴静电纺丝法制备隔膜，干燥，得到薄膜；

5、步骤二：取正硅酸乙酯、无水乙醇，搅拌均匀，加入氨水，搅拌30-40min，得到混合液；取薄膜，加入去离子水，使得薄膜充分润湿，加入混合液，浸泡70-74h，洗涤、干燥，得到隔膜；

6、步骤三：取锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物、n-甲基吡咯烷酮，超声分散，加入聚偏二氟乙烯，搅拌12-14h，得到浆料；将浆料均匀涂覆在隔膜上，干燥，得到改性隔膜；

7、步骤三：取正极、改性隔膜、负极，组装，注入电解液，得到大容量氢碳电池。

8、较为优化地，所述锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物的制备方法为：取改性锂镧复合填料、去离子水，超声分散40-50min，加入改性氧化石墨烯，滴加氨水溶液，搅拌30-50min，过滤，洗涤，干燥，得到锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物。

9、较为优化地，所述改性锂镧复合填料的制备方法为：取锂镧复合填料、去离子水，超声分散50-60min，加入多巴胺，加入tris-hcl缓冲液，调节ph值为8.5，搅拌22-26h，过滤，洗涤，干燥，得到改性锂镧复合填料。

10、较为优化地，所述锂镧复合填料的制备方法为：取一水氢氧化锂、氢氧化镧、氧化钽、氧化锆粉体，加入氧化锆研磨球，加入无水乙醇使其没过原料及研磨球，研磨10-14h后，干燥、研磨，在900-920℃下煅烧10-14h后，再次研磨，得到锂镧复合填料。

11、较为优化地，所述锂镧复合填料的粒径为50-80nm。

12、较为优化地，所述改性氧化石墨烯的制备方法为：取2-(3，4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷，加入至乙醇和水的混合溶液中，搅拌均匀；加入氧化石墨烯，升温至60-65℃，搅拌8-10h，得到改性氧化石墨烯。

13、较为优化地，所述改性锂镧复合填料和改性氧化石墨烯的质量比为(3-3.5)：2。

14、较为优化地，步骤一中，芯层纺丝液的制备方法为：取聚醚酰亚胺，加入n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃混合溶液，升温至80-85℃，搅拌5-7h，静置，得到芯层纺丝液；

15、壳层纺丝液的制备方法为：取聚偏氟乙烯，加入n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃混合溶液，升温至58-62℃，搅拌5-7h，静置，得到壳层纺丝液。

16、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

17、(1)本发明使用聚醚酰亚胺溶液作为芯层纺丝液，聚偏氟乙烯溶液作为壳层纺丝液，同轴静电纺丝制备了一种隔膜，然后将隔膜浸泡在正硅酸乙酯混合液中，在隔膜表面原位生长了纳米二氧化硅微球，使用该隔膜制备得到的电池具有良好的耐热性能。

18、(2)本发明在隔膜上涂覆了含有锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物的浆料。锂镧复合填料具有良好的离子导电性和与金属锂的良好相容性，将锂镧复合填料运用至隔膜中，制备得到的电池表现出较高的比容量。石墨烯具有较高的导电性以及较大的比表面积，将锂镧复合填料与石墨烯复合在一起，一方面石墨烯的二维结构有助于增加锂离子嵌入速率，从而增强锂离子的扩散速度，提高隔膜的电化学性能，另一方面石墨烯的复合能提高锂镧复合填料在浆料中的分散性。

19、本发明使用2-(3，4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷对氧化石墨烯进行改性，在氧化石墨烯上接枝了环氧基，环氧基具有良好的亲脂性，与n-甲基吡咯烷酮具有良好的相容性，可以提高锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物的分散性，从而提高了氢碳电池的容量。然后，本发明通过添加多巴胺，使得改性氧化石墨烯和锂镧复合填料复合在一起。此时，锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物上的氨基基团可以与隔膜上的硅羟基反应，使两者紧密地结合在一起，从而提高了氢碳电池的容量。

技术特征：

1.一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物的制备方法为：取改性锂镧复合填料、去离子水，超声分散40-50min，加入改性氧化石墨烯，滴加氨水溶液，搅拌30-50min，过滤，洗涤，干燥，得到锂镧复合填料-氧化石墨烯复合物。

3.根据权利要求2所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述改性锂镧复合填料的制备方法为：取锂镧复合填料、去离子水，超声分散50-60min，加入多巴胺，加入tris-hcl缓冲液，调节ph值为8.5，搅拌22-26h，过滤，洗涤，干燥，得到改性锂镧复合填料。

4.根据权利要求3所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述锂镧复合填料的制备方法为：取一水氢氧化锂、氢氧化镧、氧化钽、氧化锆粉体，加入氧化锆研磨球，加入无水乙醇使其没过原料及研磨球，研磨10-14h后，干燥、研磨，在900-920℃下煅烧10-14h后，再次研磨，得到锂镧复合填料。

5.根据权利要求4所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述锂镧复合填料的粒径为50-80nm。

6.根据权利要求2所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述改性氧化石墨烯的制备方法为：取2-(3，4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷，加入至乙醇和水的混合溶液中，搅拌均匀；加入氧化石墨烯，升温至60-65℃，搅拌8-10h，得到改性氧化石墨烯。

7.根据权利要求2所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：所述改性锂镧复合填料和改性氧化石墨烯的质量比为(3-3.5)：2。

8.根据权利要求1所述的一种大容量氢碳电池的制备方法，其特征在于：步骤一中，芯层纺丝液的制备方法为：取聚醚酰亚胺，加入n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃混合溶液，升温至80-85℃，搅拌5-7h，静置，得到芯层纺丝液；

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种大容量氢碳电池的制备方法制备得到的一种大容量氢碳电池。

技术总结
本发明涉及电化学储能技术领域，具体为一种大容量氢碳电池及其制备方法。本发明使用聚醚酰亚胺溶液作为芯层纺丝液，聚偏氟乙烯溶液作为壳层纺丝液，同轴静电纺丝制备了一种隔膜，然后将隔膜浸泡在正硅酸乙酯混合液中，在隔膜表面原位生长了纳米二氧化硅微球，使用该隔膜制备得到的电池具有良好的耐热性能。本发明在隔膜上涂覆了含有锂镧复合填料‑氧化石墨烯复合物的浆料。锂镧复合填料具有良好的离子导电性和与金属锂的良好相容性，将锂镧复合填料运用至隔膜中，制备得到的电池表现出较高的比容量。

技术研发人员：黄季忠
受保护的技术使用者：张家港科铭新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27