[發明專利]木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910019936.1
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109742367B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 胡進波;張翔;劉貢鋼;萇姍姍;李賢軍;劉元
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/587;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

1.一種木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料，其特征在于：所述木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料中木質炭纖維的直徑為1 μm ～10 μm，金屬氧化物納米顆粒均勻分布于木質炭纖維表面；所述木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料在充放電流為50 mA/g的條件下，首次放電比容量為823 mAh/g～979 mAh/g；

所述木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料包括以下步驟制備得到：

（1）將木質炭纖維分散于加有表面修飾劑的水溶液中，再加入金屬鹽，攪拌混合均勻后置于反應容器中，在120℃～160℃下進行水熱反應，在木質炭纖維表面原位生長金屬氧化物前驅體后，得沉淀物；

（2）將步驟（1）所得沉淀物過濾、干燥后，于保護氣體氛圍下升溫至400 ℃～600 ℃進行燒結，得木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料；

所述加有表面修飾劑的水溶液的濃度為0.1%～1%；所述木質炭纖維與金屬鹽的質量之比為1 ∶1 ～5 。

2.一種根據權利要求1所述的木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）將木質炭纖維分散于加有表面修飾劑的水溶液中，再加入金屬鹽，攪拌混合均勻后置于反應容器中，在120℃～160℃下進行水熱反應，在木質炭纖維表面原位生長金屬氧化物前驅體后，得沉淀物；

（2）將步驟（1）所得沉淀物過濾、干燥后，于保護氣體氛圍下升溫至400 ℃～600 ℃進行燒結，得木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料；

所述加有表面修飾劑的水溶液的濃度為0.1%～1%；所述木質炭纖維與金屬鹽的質量之比為1 ∶1 ～5 。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中，所述表面修飾劑為聚乙烯吡咯烷酮、季銨鹽中的一種。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述金屬鹽為硝酸鎳、硝酸鈷、硝酸鐵、硝酸錳、高錳酸鉀中的一種或多種。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中，所述木質炭纖維為木材炭纖維和/或竹材炭纖維。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）中，所述水熱反應的時間為4 h～12 h。

7.根據權利要求2至6中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中，所述升溫的速率為1 ℃/min～10 ℃/min，所述燒結的時間為1 h～3 h。

8.根據權利要求2至6中任一項所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中，所述保護氣體氛圍為惰性氣體氛圍。

9.一種如權利要求1所述的木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料或者如權利要求2～8中任一項所述的制備方法制得的木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料在制備鋰離子電池中的應用。

10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述應用包括以下步驟：將木質炭纖維/金屬氧化物復合負極材料、導電炭黑和粘結劑混合，將所得混合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中攪拌，然后在銅箔上涂膜，制備負極電極片，再以金屬鋰片為對電極，以LiPF₆的EC/DMC/EMC混合液為電解液，以Celgard2400聚丙烯薄膜為隔膜，組裝成紐扣電池。