[發明專利]一種微波誘導石墨烯纖維無紡布負載鉍納米顆粒的制備方法

在審

• 申請號: 202110136784.0
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112941894A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 王恭凱;高佳文;張昕
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: D06M10/00
• 分類號: D06M10/00;D01F9/12;D01F1/10;D04H1/4242
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種微波誘導石墨烯纖維無紡布負載鉍納米顆粒的制備方法。該方法將石墨烯紡織成無紡布結構，同時負載鉍納米顆粒；進而再通過微波，將負載鉍顆粒的石墨烯纖維無紡布進行微波處理，得到充分納米化的鉍納米顆粒，從而獲得優異的電化學性能。本發明得到的柔性石墨烯/鉍納米顆粒無紡布具有電化學性能優良、制備方法簡便的優勢，易于工業化應用，微波誘導制備鉍納米顆粒的方法同時為快速，便捷的合成金屬納米粒子提供了一條有效的途徑。

技術領域

本發明屬于新材料制備領域，具體涉及一種微波誘導石墨烯纖維無紡布負載鉍納米顆粒的制備方法。

背景技術

近年來，隨著集成電路的發展，便攜式可穿戴電子設備被廣泛的應用于我們的生活中，同時，對其續航時長也提出了較高的要求。與可穿戴電子設備的迅速發展不同的是，可穿戴儲能設備的研究進展要相對緩慢。所以，如何更好的發揮可穿戴儲能設備如超級電容器、柔性電池等輕薄、便攜、機械柔性的特點，同時兼具高能量密度與功率密度，進而更好的提升柔性可穿戴電子設備的舒適性與便攜性，實現真正意義上的柔性可穿戴一體式系統，是當前亟需解決的問題。目前，由于其優異的性能，鋰離子電池依然是儲能設備的首要選擇。但由于鋰資源在全球分布的稀缺性，造成其成本相對高昂，與之相對，鈉資源的儲量更為豐富，成本低廉，使得鈉離子電池成為未來儲能設備的重要發展方向。便攜式的柔性鈉離子儲能器件由于其輕便，體積小等優勢具有廣闊的應用前景，而柔性電極材料的制備是柔性鈉離子儲能器件的核心。

當前，鈉離子儲能器件(鈉離子混合電容器、鈉離子電池等)具有廣闊的應用前景，但是，由于鈉離子的離子半徑相較于鋰離子更大，使得鈉離子儲能器件在應用中遇到了一些問題，較大的離子半徑使得鈉離子在插入/脫插的過程中造成電極材料的體積變化較為嚴重，甚至導致材料粉碎，造成不可逆的容量衰減。而且，用于鈉離子儲能器件的負極材料電化學反應動力學較差，導致其倍率性能較差，且利用當前柔性負極材料制備方法所制備材料的機械性能還無法達到要求。

已經報道的一些柔性鈉離子儲能器件負極材料的制備方法，依然會出現電化學反應動力學滯后、可逆性差、不可逆容量損失大、機械穩定性較差等問題。可選擇的鈉離子負極材料種類眾多，鉍(Bi)作為一種合金基型負極材料，由于其獨特的層狀晶體結構和較大的層間距，以及較大的理論容量，近年來在鈉離子負極材料中得到了廣泛的研究。熊佩勛等通過簡便的退火方法制備鉍納米顆粒與碳的復合材料，鉍納米顆粒均勻嵌入碳骨架中，使得該復合材料具有均勻的結構。納米結構可以確保快速動力學同時可以有效緩解由于鉍的體積變化引起的應力應變。該復合材料在較高的電流密度下仍然具有超長的循環壽命，具有優異的電化學性能；楊海等設計了一種多核殼鉍與氮摻雜的碳負極材料(Bi@N-C)，納米級的鉍球被導電的氮摻雜多孔碳殼封裝，可以有效防止防止鉍在充放電過程中的巨大的體積變化，有效的提成了鈉離子電池的倍率性能和長循環能力。鉍(Bi)在充放電合金化過程中較大的體積變化(≈250％)成為其實際應用中的首要問題。另外，石墨烯無紡布材料具有較好的柔韌性，導電性，且輕便，體積小，可以直接通過編織集成在可穿戴器件上，在柔性儲能設備中具有很好的應用前景。

發明內容

本發明的目的是解決當前柔性負極材料機械穩定性較差、容量低、電化學反應動力學出現滯后等問題，設計出了一種微波誘導石墨烯纖維無紡布負載鉍納米顆粒的制備方法。該方法將具有優異物理性能的石墨烯紡織成無紡布結構，同時負載鉍納米顆粒，使石墨烯優異的導電性、柔韌性和機械強度與鉍的較高理論容量相結合；進而再通過微波，將負載鉍顆粒的石墨烯纖維無紡布進行微波處理，得到充分納米化的鉍納米顆粒，從而獲得優異的電化學性能。本發明得到的柔性石墨烯/鉍納米顆粒無紡布具有電化學性能優良、制備方法簡便的優勢，易于工業化應用，微波誘導制備鉍納米顆粒的方法同時為快速，便捷的合成金屬納米粒子提供了一條有效的途徑。

本發明的技術方案為：

一種微波誘導石墨烯纖維無紡布負載鉍納米顆粒的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)制備氧化石墨烯/N，N-二甲基甲酰胺(GO/DMF)：