[發(fā)明專利]一種多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011102942.2
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112225187A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海燕;劉振江
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08;D01F9/21;D01F9/22;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 楊小紅

本申請屬于過渡金屬磷化物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。本申請?zhí)峁┝艘环N多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，包括利用磷源和鉬源溶解到溶液中，加入造孔劑和碳源制備紡絲液，靜電紡絲，高溫碳化的步驟，通過造孔劑熱解時的收縮在纖維表面生成分散、均一的孔道結(jié)構(gòu)，能夠有效緩解循環(huán)過程中由于離子嵌入脫出而造成的體積效應(yīng)，從而提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。本申請的制備方法無需使用刻蝕劑和模板劑，也避免大量的離心和水洗過程，操作簡單，形貌穩(wěn)定可控，便于連續(xù)制備。本申請制備得到的多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料作為鈉離子電池負極，在1A/g的電流密度下循環(huán)1200次仍保持著100mAh/g以上的比容量，有良好的倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于過渡金屬磷化物復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈉離子電池相比鋰離子電池在大倍率放電時性能略差，但因其制造成本低，材料結(jié)構(gòu)性能較為穩(wěn)定，使用時安全，鈉離子電池在電網(wǎng)大規(guī)模儲能及其他儲能領(lǐng)域具有其自身的優(yōu)勢。

過渡金屬磷化物基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)的儲能機制，較高的理論容量和較低的儲鈉電壓稱為鈉離子電池負極材料的理想選擇，但磷化物較差的倍率性能和循環(huán)中較大的體積膨脹阻礙了其商業(yè)化進程。多孔結(jié)構(gòu)作為一種有效的改性手段可以有效緩解電極在充放電循環(huán)中體積效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力，防止材料粉化，并且可以促電解液充分在電極表面充分浸潤。

傳統(tǒng)的造孔方式通常采取合成中使用硬模板再通過試劑去除的路線，例如專利(CN110479332A)中將磷源/鉬源/碳源為原料，氯化鈉作為造孔劑，經(jīng)冷凍干燥，煅燒，水洗得到多孔磷化鉬納米片，工藝繁瑣且消耗大量模板劑。或者使用大量表面活性劑自組裝的方法進行孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，例如專利(CN110350181A)中使用氫氟酸對納米硅顆粒進行刻蝕造孔制備了納米多孔硅負極材料，需要對原材料進行嚴格的預(yù)處理，而且氫氟酸的使用會消耗活性組分且會產(chǎn)生腐蝕性廢酸。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，制備過程操作簡單，工藝時間短，避免使用刻蝕劑、模板劑。

本申請的具體技術(shù)方案如下：

本申請?zhí)峁┮环N多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：將磷源和鉬源溶解到溶液中，加入造孔劑和碳源，攪拌得到紡絲液；

S2：將所述紡絲液進行靜電紡絲，得到復(fù)合纖維膜；

S3：將所述復(fù)合纖維膜進行高溫碳化，得到多孔磷化鉬/碳纖維復(fù)合材料；

所述造孔劑選自吡咯、苯胺或噻吩。

本申請中，利用造孔劑在磷鉬化合物的表面聚合生成復(fù)合物，可以提升紡絲液的導(dǎo)電性。在高溫處理過程中磷鉬化合物與造孔劑發(fā)生分解收縮，會在纖維表面生成孔道，形成了穩(wěn)定的孔道結(jié)構(gòu)，能夠有效緩解循環(huán)過程中由于離子嵌入脫出而造成的體積效應(yīng)，從而提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。本申請的制備方法無需使用刻蝕劑和模板劑，也避免大量的離心和水洗過程，操作簡單，形貌穩(wěn)定可控，便于連續(xù)制備。

優(yōu)選的，S1中所述磷源和所述鉬源選自磷鉬酸或磷鉬酸銨；

所述碳源選自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈和聚乙烯醇的一種或多種。

優(yōu)選的，所述造孔劑與所述溶液的體積比為(0.5～5):1。

優(yōu)選的，S1中所述溶液的溶質(zhì)選自植酸、植酸鈉或植酸鉀；

所述溶液的溶劑選自N,N-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。