[發明專利]介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料及其制備和應用

在審

• 申請號: 202310642823.3
• 申請日: 2023-06-01
• 公開（公告）號: CN116525799A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 嚴微微
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/48
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 高佳逸

本發明公開了一種介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料及其制備方法和在制備鋰離子電池負極中的應用。介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料中，WOsubgt;3/subgt;納米針聚集在一起形成松散的簇狀結構，構成WOsubgt;3/subgt;納米針簇；WOsubgt;3/subgt;納米針簇生長在介孔空心碳納米球的空腔內部；介孔空心碳納米球的殼內分布有使殼通透但可阻止WOsubgt;3/subgt;外泄的介孔通道。制備方法：通過溶液注入的方法向介孔空心碳納米球內填入鎢酸鈉和六水硝酸鈷，最后通過熔融反應使鎢酸鈉原位轉變為三氧化鎢，得到介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢(WO₃)納米針簇復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

電動汽車和大型儲能裝置的快速發展對鋰離子電池的性能提出了越來越高的要求。盡管石墨已廣泛應用于鋰離子電池負極，但石墨低的比容量和緩慢的插層動力學限制了高性能鋰離子電池的進一步發展。

WO₃由于具有高質量比容量(693mAh?g^-1)和高體積比容量(5274mAh?cm^-3)、環境友好、低成本和高熱穩定性等優點而被認為是一種潛在的鋰離子電池負極材料。然而，WO₃的離子傳遞動力學較差，固有的電導率較低，導致其比容量和倍率性能較差。在充放電過程中WO₃的體積變化大，引發材料快速粉化，結構穩定性差，循環性能很不理想。這些問題極大地阻礙了WO₃在鋰離子電池中的實際應用。

迄今為止，已經提出多種策略來解決WO₃的上述問題。納米結構工程化和碳復合是比較有效的方法。公開號為CN112938952A的發明專利申請公開了石墨烯包覆二維片狀結構WO₃負極材料。公開號為CN109616662A的發明專利申請公開了泡沫鎳負載WO₃的一體化負極。公開號為CN108598439A的發明專利申請公開了WO₃/石墨烯的復合負極材料。總的說來，目前的復合結構難以十分有效地提高WO₃的儲鋰性能。大部分WO₃和碳基材料的復合結構不能有效鎖住WO₃，一旦WO₃在循環期間粉化，仍然會從復合結構中脫落，導致循環性能快速衰退。

發明內容

針對上述技術問題以及本領域存在的不足之處，本發明提供了一種介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料(本發明中亦可稱之為WO₃@介孔空心碳納米球)，具有合成工藝簡單溫和、結構獨特、儲鋰性能優異等特點。

一種介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料，WO₃納米針聚集在一起形成松散的簇狀結構，構成WO₃納米針簇；所述WO₃納米針簇生長在介孔空心碳納米球的空腔內部；所述介孔空心碳納米球的殼上分布有使殼通透但可阻止WO₃外泄的介孔。

優選的，所述WO₃納米針的厚度為1-20nm，長度為50-500nm。

優選的，所述介孔空心碳納米球的外徑為100-1000nm，殼厚為10-100nm；

優選的，所述介孔的尺寸小于10nm。

優選的，所述的介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料中，WO₃的質量百分占比為30％-90％。

優選的，所述介孔空心碳納米球是RF樹脂(酚醛樹脂)分解而成的非晶碳材料。

本發明還提供了所述的介孔空心碳納米球原位生長三氧化鎢納米針簇復合材料的制備方法，包括步驟：