[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611189496.7
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106784684B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高大偉;王麗麗;王春霞;陸振乾;宋曉蕾;賈高鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 許峰

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料及制備方法，該復(fù)合納米纖維材料包括皮層和芯層，皮層包覆在芯層的外表面，皮層由碳和石墨烯構(gòu)成；芯層為空心層，芯層中設(shè)有中空納米球顆粒，所述納米球顆粒由錫制成。該材料導(dǎo)電率高、容量大、循環(huán)穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料和化學(xué)電源領(lǐng)域，具體來說，涉及一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料及制備方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)功能性納米纖維以其結(jié)構(gòu)可控、比表面積大、易于改性等優(yōu)勢，在催化、儲能、過濾、組織工程等受到廣泛關(guān)注。在眾多制備納米材料的方法中，靜電紡絲技術(shù)作為一種設(shè)備、工藝簡單，形貌可控等優(yōu)勢，可制備特殊結(jié)構(gòu)（如皮芯，中空結(jié)構(gòu)）的納米纖維并將其應(yīng)用于鋰電池領(lǐng)域。

錫(Sn)來源豐富，其理論比容量可達(dá)992mAhg^-1，是傳統(tǒng)電極材料石墨容量的2.7倍。但是，Sn一直沒有實(shí)現(xiàn)商用，主要是因?yàn)镾n電極在脫鋰和嵌鋰過程中引起體積劇烈膨脹，導(dǎo)致Sn的粉末化，破壞了電極的整體性，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)壽命和容量急劇衰減。為解決上述問題，研究者主要將Sn材料進(jìn)行納米化或與碳材料進(jìn)行復(fù)合。目前，金屬錫與碳材料的復(fù)合方法很多，但是大多負(fù)極材料的導(dǎo)電性、容量和循環(huán)壽命偏低，以及電極制備過程中需要加入導(dǎo)電劑、黏合劑增加了材料的電極，且制備過程較繁瑣，仍然不能滿足商業(yè)化的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料及制備方法，該材料導(dǎo)電率高、容量大、循環(huán)穩(wěn)定性好。

為實(shí)現(xiàn)上述目的， 本發(fā)明實(shí)施例采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料，包括皮層和芯層，皮層包覆在芯層的外表面，皮層由碳和石墨烯構(gòu)成；芯層為空心層，芯層中設(shè)有中空納米球顆粒，所述納米球顆粒由錫制成。

作為優(yōu)選例，所述的中空納米球顆粒與皮層的內(nèi)表面連接。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種鋰離子電池負(fù)極用柔性復(fù)合納米纖維材料的制備方法，該方法包括：

步驟10）將石墨烯和聚丙烯腈分散在N,N-二甲基甲酰胺溶液或N,N-二甲基乙酰胺溶液中，制得皮層靜電紡絲液；

將聚乙烯吡咯烷酮和鎳鹽分散于N,N-二甲基甲酰胺溶液或N,N-二甲基乙酰胺溶液中，制得芯層靜電紡絲液；

步驟20）將步驟10）制備的皮層靜電紡絲液和芯層靜電紡絲液，采用同軸靜電紡絲法，皮層靜電紡絲液位于芯層靜電紡絲液外側(cè)，紡制納米纖維膜；

步驟30）將步驟20）制得的納米纖維膜置于管式爐中，以1~2℃/min升溫至250~280℃保持1~3h，5~10℃/min升溫至600~800℃保持1~4h，得到核殼結(jié)構(gòu)的碳、石墨烯、鎳復(fù)合納米纖維；

步驟40）將步驟30）制備的碳、石墨烯、鎳復(fù)合納米纖維置于摩爾濃度為20~100mmol/L、溫度為25~90℃的錫鹽溶液中，保持2~12h，得到碳、石墨烯、錫復(fù)合納米纖維。

作為優(yōu)選例，所述的步驟10）中，制得的皮層靜電紡絲液中，聚丙烯腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6~12%；石墨烯和聚丙烯腈的質(zhì)量比為0.2~2:100。

作為優(yōu)選例，所述的步驟10）中，制得的芯層靜電紡絲液中，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6~10%；聚乙烯吡咯烷酮和鎳鹽的質(zhì)量比為1: 1~10；

作為優(yōu)選例，所述的鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳或者乙酸鎳。

作為優(yōu)選例，所述的步驟20）中，靜電紡絲過程中：電壓為10~30 kV，紡絲液流速為0.5~3.0 mL/h，噴絲頭和接收裝置之間的距離：10~40 cm，噴涂時(shí)間為15~60min。