[發明專利]一種細菌纖維素/金屬硫化物復合凝膠及其制備方法和導電處理方法

在審

• 申請號: 201910008277.1
• 申請日: 2019-01-04
• 公開（公告）號: CN109776851A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 侯廣亞;呂子夜;唐誼平;伍廉奎;曹華珍;鄭國渠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08J9/36;C08L1/02
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及復合材料和能源材料領域，尤其涉及一種細菌纖維素/金屬硫化物復合凝膠及其制備方法和導電處理方法，其目的是為提高其在電化學領域中的應用效果，并提供一種對其進行電化學性能增強的導電處理方法。本技術方案制備方法步驟包括：將一種或多種鹽溶解并配制為浸漬液；將經預處理的細菌纖維素水凝膠放置上述浸漬液中進行浸漬處理；將吸附浸漬液的細菌纖維素水凝膠放入含硫的溶液中進行水熱處理，得到復合凝膠；后續經過多次溶劑置換，隨后進行干燥獲得多種BC/金屬硫化物復合氣凝膠。該復合凝膠處理后為蓬松結構，具有高的比表面積和良好的導電性。

技術領域

本發明涉及能源材料領域，尤其涉及一種細菌纖維素/金屬硫化物復合凝膠及其制備方法和導電處理方法。

背景技術

細菌纖維素(BC)是一種引人關注的、對環境友好的天然納米纖維材料，主要是由細菌通過D-葡萄糖生產的。它是由一系列連續的寬度為50～80nm、厚度為3～8nm納米纖維組成的三維多孔微型網狀結構的帶狀物。細菌纖維素具有高純度、高結晶度、高吸水性、優秀的穩定性和良好的生物親和性等性能，其含豐富的羥基，可以通過較強的相互作用將無機和導電聚合物納米粒子或納米線等的不同納米材料吸附。導電高分子(CPs)具有輕質、柔性、良好的導電性和高比容量，過渡金屬金屬硫化物具有高比容量和良好的氧化還原可逆性能。

BC凝膠的纖維與纖維之間形成大量孔隙，構成了三維空間網狀結構。BC纖維表面具有大量的羥基官能團，這種獨特的結構與性質便于纖維輕松的吸附金屬離子和使金屬離子在BC水凝膠內擴散，為顆粒的生長提供了高活性區域和大的表面積。蓬松海綿狀狀的細菌纖維素/金屬化合物復合凝膠表現出優異的柔韌性，且該復合材料成本低、無粘合劑。BC纖維不僅在為金屬化合物顆粒的生長提供成核位置方面起著至關重要的作用，而且還限制了顆粒的尺寸增加，還可以有效地防止純顆粒的嚴重聚集，從而得到較高的比表面積。

但目前對于BC/金屬化合物復合凝膠制備研究剛起步，其干燥方法較單一，如加熱干燥的方法，非常容易使得BC凝膠的結構發生改變或坍塌破壞，干燥過程難以對BC凝膠的微觀結構形成保護，可控性較差，而采用直接冷凍干燥的方法同樣會導致BC凝膠結構被嚴重破壞，無法保持其原有形貌而形成緊實的“片狀”凝膠。

如中國專利局于2017年4月26日公開的一種基于氮摻雜碳化細菌纖維素的電池正極、鋰硫電池及其制備方法的發明專利申請，申請公告號為CN106601990A，其公開了一種基于氮摻雜碳化細菌纖維素的電池正極、鋰硫電池及其制備方法。本發明利用細菌纖維素生物培養過程中需要的N源進行N摻雜，制備電池正極材料；通過將超輕碳化細菌纖維素夾層與多孔碳的復合制備具有強吸附能力的電池夾層；借助離子選擇性阻擋層Nafion與細菌纖維素氣凝膠的結合制備電池隔膜材料，將基于氮摻雜碳化細菌纖維素的電池正極、碳化細菌纖維素功能夾層、Nafion/BC隔膜組裝成鋰硫電池。該發明通過N元素摻雜、功能夾層引入、Nafion/BC隔膜的聯合使用，多層面控制多硫化物向鋰負極擴散，實現針對多硫化物擴散的多級抑制，有效控制穿梭效應，組裝形成的Li-S電池具有高比容量，高庫侖效率以及穩定的循環性能。但是，其制備方法中采用熱干燥的方式進行，其所制備得到的電極材料失去了細菌纖維素本身所具備的性能特點，喪失了高比表面積和高柔軟性。

又如中國專利局于2015年8月12日公開的一種細菌纖維素-Nafion夾心質子交換膜及制備和應用的發明專利授權，授權公告號為CN102694139B，其涉及一種細菌纖維素-Nafion夾心質子交換膜，該夾心質子交換膜為BC-Nafion-BC或Nafion-BC-Nafion結構；該發明的夾心質子交換混合膜具有較低的甲醇滲透率、較高的質子傳導率和熱穩定性，在甲醇燃料電池中作為隔膜具有良好的應用前景，且制備工藝簡單易行，環境污染小。但是其干燥方式同樣存在著破壞細菌纖維素凝膠的微觀結構、使其形成緊實的“片狀”凝膠導致無法有效利用細菌纖維素凝膠本身的結構特點或干燥效率低下、干燥不徹底等問題。