[發明專利]一種硫化鈷/碳纖維復合物及其制備方法與應用有效

申請號：	201810446879.0	申請日：	2018-05-11
公開（公告）號：	CN108666553B	公開（公告）日：	2021-06-15
發明（設計）人：	米宏偉;羅鋒;張培新	申請（專利權）人：	深圳大學
主分類號：	H01M4/36	分類號：	H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司：	深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268	代理人：	王永文;劉文求
地址：	518060 廣東***	國省代碼：	廣東;44
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種硫化碳纖維復合物及其制備方法應用
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明公開一種硫化鈷/碳纖維復合物及其制備方法與應用，其中，包括：步驟A、利用靜電紡絲法制備聚丙烯腈/硝酸鈷復合膜；步驟B、將所述聚丙烯腈/硝酸鈷復合膜在含有2?甲基咪唑的溶液中浸泡，得到聚丙烯腈/硝酸鈷@金屬有機框架；步驟C、在混合氣體的氛圍下，將所述聚丙烯腈/硝酸鈷@金屬有機框架進行煅燒，得到氧化鈷/碳纖維復合物；步驟D、在惰性氣體的氛圍下，將所述氧化鈷/碳纖維復合物與升華硫反應，得到硫化鈷/碳纖維復合物。本發明的硫化物/碳纖維復合物可以直接作為鋰離子電池的負極，不需要集流體、粘結劑。因此，簡化了電池的制備工藝和對環境的污染。將其直接作為鋰離子電池負極，展現了優良的電化學性能。

技術領域

本發明涉及電極材料技術領域，尤其涉及一種硫化鈷/碳纖維復合物及其制備方法與應用。

背景技術

鋰離子電池電極的制備通常將粘結劑、導電劑、活性物質與溶劑混合，再涂覆到集流體上，待溶劑揮發后再進行輥壓，工藝復雜。電極中導電劑和粘結劑的含量可達10~30%，粘結劑會影響電極的載量、鋰離子的傳輸，集流體、粘結劑和導電劑的存在一定程度上會降低電池的能量密度。隨著電動汽車、人工智能的迅猛發展，對儲能器件（如鋰離子電池）也提出高能量密度、高功率密度的要求，因此，減少電極其他部件的使用，開發一種無粘結劑、自支撐的高容量、穩定性好的電極非常重要。

過渡金屬硫化物由于它的高理論容量、豐富的來源、更好的導電性（相比于過渡金屬氧化物）等因素受到越來越多的關注，然而，它作為鋰離子電池負極也遇到了一些問題。比如，在充放電過程中體積膨脹，導致活性材料破裂，從而使活性材料從集流體上脫落，影響電池的循環性能。另一個問題是導電性差（相比于石墨），這兩個問題限制了過渡金屬硫化物作為鋰電負極的工業化應用。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種硫化鈷/碳纖維復合物及其制備方法與應用，一方面解決現有金屬硫化物材料在充放電過程中體積膨脹及材料導電性差的問題，另一方面提出一種無粘結劑、自支撐復合電極及其制備方法。

本發明的技術方案如下：

一種硫化鈷/碳纖維復合物的制備方法，其中，包括：

步驟A、利用靜電紡絲法制備聚丙烯腈/硝酸鈷復合膜；

步驟B、將所述聚丙烯腈/硝酸鈷復合膜在含有2-甲基咪唑的溶液中浸泡，得到聚丙烯腈/硝酸鈷@金屬有機框架；

步驟C、在混合氣體的氛圍下，將所述聚丙烯腈/硝酸鈷@金屬有機框架進行煅燒，得到氧化鈷/碳纖維復合物；

步驟D、在惰性氣體的氛圍下，將所述氧化鈷/碳纖維復合物與升華硫反應，得到硫化鈷/碳纖維復合物。

所述的硫化鈷/碳纖維復合物的制備方法，其中，所述步驟A包括：將聚丙烯腈溶液和硝酸鈷溶液混合，并攪拌20-30 h，得到混合液；將所述混合液進行靜電紡絲，得到聚丙烯腈/硝酸鈷復合膜。

所述的硫化鈷/碳纖維復合物的制備方法，其中，所述靜電紡絲的參數：電壓為15-20kV，供液速度為0.1-1.0mL/h，滾筒轉速為400-800r/min，針頭規格為19-21o，針頭到滾筒的距離為10-30cm，溫度為20-50℃，濕度為10%-50%。

所述的硫化鈷/碳纖維復合物的制備方法，其中，所述步驟B中，浸泡的時間為20-30h。