[發(fā)明專利]富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111354935A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉天西;宗偉;賴飛立;繆月娥;歐陽玥;郭和樂
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;D06M11/53;D06M101/40
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發(fā)明公開了一種富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，通過在氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維表面原位生長硫化錸納米片得到富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明制備的復(fù)合材料中硫化錸納米片均勻生長在氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維表面，具有比表面積大、導(dǎo)電性好、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，富缺陷結(jié)構(gòu)為鋰離子快速傳輸提供了更多的有效途徑，因此具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬硫化物-碳材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今許多行業(yè)發(fā)展的基石，目前大部分的便攜式電子設(shè)備都需要鋰離子電池提供電能，這也對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)電極材料的容量已經(jīng)幾乎達(dá)到瓶頸。因此，研發(fā)高比容量負(fù)極材料是提升鋰離子電池能量/功率密度的關(guān)鍵所在，是鋰離子電池發(fā)展和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。然而，以過渡金屬硫化物等為代表的高比容量負(fù)極材料在充放電過程中會(huì)伴隨著嚴(yán)重的電極體積膨脹和收縮，從而造成電極結(jié)構(gòu)的坍塌與破壞，導(dǎo)致其較差的循環(huán)穩(wěn)定性能和倍率性能。因此，大大限制了高比容量負(fù)極材料的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。

硫化錸(ReS₂)作為過渡金屬硫化物中的新興成員，具有典型的二維層狀結(jié)構(gòu)。硫化錸層間極弱的范德華相互作用在保證鋰離子高效擴(kuò)散和傳輸?shù)那疤嵯拢蟠缶徑饬虽囯x子嵌入/脫出過程所帶來的體積膨脹效應(yīng)，為下一代鋰離子電池電極材料的開發(fā)帶來了新的曙光。因此，對硫化錸材料進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)并研究其在鋰離子電池工作中的電化學(xué)行為，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種制備工藝簡單、成本低廉、鋰離子電池性能優(yōu)異的富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，通過在氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維表面原位生長硫化錸納米片得到富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料。

本發(fā)明還提供了上述富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括：將高錸酸銨、硫脲、鹽酸羥胺溶解于去離子水中，并超聲處理，使其分散均勻，得到混合溶液；再將氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維加入混合溶液中；轉(zhuǎn)移至水熱釜中加熱進(jìn)行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，將產(chǎn)物用乙醇和水的混合溶液洗滌，干燥，得到富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述高錸酸銨、硫脲、鹽酸羥胺的摩爾比為(1-3):(1-5):(1-3)。

更優(yōu)選地，所述高錸酸銨、硫脲、鹽酸羥胺的摩爾比為1:2.2:2。

優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)溫度為180-220℃，反應(yīng)時(shí)間為20-26h。

更優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)溫度為200℃，反應(yīng)時(shí)間為24h。

優(yōu)選地，所述干燥為80℃下干燥10-14h。

更優(yōu)選地，所述干燥為80℃下干燥12h。

本發(fā)明還提供了上述的富缺陷硫化錸/氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

本發(fā)明制備的復(fù)合材料中富缺陷硫化錸納米片均勻的生長在氮摻雜生物質(zhì)基碳纖維的表面，避免了硫化錸合成過程中易團(tuán)聚的問題。這極大地增加了硫化錸的活性表面積，使復(fù)合材料具有比表面積大、導(dǎo)電性好、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。該復(fù)合材料中硫化錸納米片的富缺陷結(jié)構(gòu)為鋰離子快速傳輸提供了更多的有效途徑，使其展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明在常規(guī)的硫化錸中引入缺陷結(jié)構(gòu)，是一種簡單高效的改性方法。