一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法

本发明属于功能材料，具体涉及一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的需求日益增长，高安全性及高能量密度的电池储能系统亟需发展。锂金属电池(lmbs)是一种高能量密度电池，其拥有最低的电极电位(-3.04vvsshe)和极高的理论比容量(3860mah g-1)，被认为是极具市场竞争力的电池候选材料。然而，在lmbs充放电过程中还存在些许问题，如电池在充电阶段，锂由于不均匀的沉积产生枝晶，从而刺穿隔膜引发短路以及安全问题。此外锂金属还会与电解液发生一系列复杂反应形成不稳定的固体电解质界面(sei)膜，造成电池内阻增加，形成“死锂”，大幅度降低的电池的库伦效率。更严重的是由于锂金属负极的“无支撑”性质，在重复的锂沉积/剥离过程中会产生体积变化的困扰，直接引起电极材料机械粉碎。

2、为了解决上述问题，研究者尝试了许多方法，比如采用au、ag、al2o3、mo2n等金属或化合物纳米颗粒作为亲锂晶种修饰碳材料受到广泛关注。现有的技术中，采用电子绝缘多孔膜，结合cu包覆的碳纤维基体(cucm)以及超薄的limg合金片，经过辊压工序，制备一种中空的复合锂金属负极，能有效地稳定锂的沉积，发生较小的体积膨胀。利用简单的机械辊压法，引入银纳米线(agnws)，制得高稳定的复合锂负极(d-ag@li)。根据各种提出的方法，对抑制枝晶生长均有一定的成效，但这些方法仍然存在一些局限性，如合金型/相变型材料在锂沉积过程中会出现不可逆的转化和剧烈的体积变化，导致锂的不均匀形核与沉积，进而引发枝晶形成，最终影响电池的循环寿命。因此引入一种具有低体积膨胀效应且具备亲锂性的材料在锂金属电池的应用中具有十分重大的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提供一种体积膨胀效应低、亲锂性能强、能提高电池的循环寿命的高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、在氩气气氛下，将碳纸置于等离子体清洗机中处理；

4、s2、称取摩尔比1:1:1:1:1的银源、锌源、铜源、铟源和镉源溶于5～20ml无水乙醇中，得到agzncdcuin前驱体溶液；

5、s3、将步骤s1得到的碳纸置于步骤s2得到的前驱体溶液中浸泡，随后将其放入干燥箱中，得到agzncdcuin/c前驱体；

6、s4、管式气氛炉的设定温度为800～1100℃，将步骤s3制备的前驱体放入管式炉中，退火1～3h，并通入氩氢混合气，得到多孔碳纤维负载粒径可调高熵合金纳米颗粒(hea-nps)复合材料。

7、进一步地，所述步骤s1中在氩气气氛下，将碳纸置于等离子体清洗机中处理5～15min。

8、进一步地，所述步骤s2中所述的银源、锌源、铜源、铟源、镉源分别为其硫酸盐、氯化物和硝酸盐中的任一种。

9、进一步地，所述步骤s2中按照agzncdcuin高熵合金质量含量为5％～20％称取相应摩尔比的金属盐。

10、进一步地，所述步骤s3中碳纸置于前驱体溶液中浸泡5～10h。

11、进一步地，所述步骤s3中的烘干方式为在真空干燥箱中50～60℃烘干10～24h。

12、进一步地，所述步骤s4中所述的氩氢混合气中氢气的体积百分比为10％。

13、进一步地，所述agzncdcuin高熵合金的形状是粒径为10-500nm的球体，并且均匀的负载在碳基底中。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明所提供的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，多孔碳纤维具有的孔道能够增加电解液在电极表面的浸润，有利于锂离子的迁移和扩散，提高离子的迁移速率。

16、2、本发明引入的多孔碳纤维负载粒径可调高熵合金纳米颗粒(hea-nps)具有优异的亲锂性，亲锂hea-nps作为锂离子的成核沉积的活性位点，降低成核过电位，在反复的沉积/剥离过程中实现了锂的均匀成核和沉积。

17、3、本发明的多孔碳纤维表面具有丰富的活性位点，且hea-nps粒径均一；同时具有优越的吸附作用，有利于形成稳定的界面和无枝晶结构；此外，由纤维组成的三维框架提供了大量的锂储存空间，以减轻电极在长期循环过程中的体积膨胀效应，提高电池的循环寿命。

技术特征：

1.一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中在氩气气氛下，将碳纸置于等离子体清洗机中处理5～15min。

3.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中所述的银源、锌源、铜源、铟源、镉源分别为其硫酸盐、氯化物和硝酸盐中的任一种。

4.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中按照agzncdcuin高熵合金质量含量为5％～20％称取相应摩尔比的金属盐。

5.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中碳纸置于前驱体溶液中浸泡5～10h。

6.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的烘干方式为在真空干燥箱中50～60℃烘干10～24h。

7.根据权利要求1所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中所述的氩氢混合气中氢气的体积百分比为10％。

8.根据权利要求4所述的一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，其特征在于，所述agzncdcuin高熵合金的形状是粒径为10-500nm的球体，并且均匀的负载在碳基底中。

技术总结
本发明公开了一种高熵合金颗粒复合多孔碳纤维材料的制备方法，包括以下步骤：S1、在氩气气氛下，将碳纸置于等离子体清洗机中处理。S2、称取摩尔比1:1:1:1:1的银源、锌源、铜源、铟源和镉源溶于5～20mL无水乙醇中，得到AgZnCdCuIn前驱体溶液。S3、将步骤S1得到的碳纸置于步骤S2得到的前驱体溶液中浸泡，随后将其放入干燥箱中，得到AgZnCdCuIn/C前驱体。S4、管式气氛炉的设定温度为800～1100℃，将步骤S3制备的前驱体放入管式炉中，退火1～3h，并通入氩氢混合气，得到多孔碳纤维负载粒径可调高熵合金纳米颗粒(HEA‑NPs)复合材料。

技术研发人员：王思哲,廖家轩,王珺
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（衢州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13