一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法制造技术

本发明专利技术涉及高强度可降解型水凝胶技术领域，且公开了一种聚丙烯腈‑Fe掺杂CoS‑碳纳米管负极材料及其制法，包括以下配方原料：丙烯腈、氧化剂、还原剂，Fe

A polyacrylonitrile Fe doped cos carbon nanotube cathode material and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法
本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，具体为一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法。
技术介绍
锂离子电池是一种可充电的二次电池，电池充电过程中，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；电池放电电过程中，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂状态，锂离子电池是通过Li+在正极和负极之间移动，同时电子通过连接正负两个电极的外电路进行传输来完成充放电工作的。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜材料、电解液等组成，其中负极材料的电化学性能对锂离子电池的充放电功能起着至关重要的作用，负极材料主要有碳基材料、锂合金金属材料、金属硫化物材料的，金属硫化物负极材料如CoS、MoS2、FS2等具有较高的电化学活性，是一种具有广阔应用前景的锂离子电池负极材料，但是目前的金属硫化物负极材料的导电性较差，抑制了Li+和电子在正负极和电解质之间的扩散和传输，并且由于金属硫化物负极材料电化学性质不稳定，在充放电过程中电极材料会因为Li+的脱嵌产生的微量应变，导致自身体积膨胀和收缩，降低了负极材料电化学循环稳定性和锂离子电池的倍率性能。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，解决了金属硫化物负极材料的导电性较差，抑制了Li+和电子在正负极和电解质之间的扩散和传输问题，同时解决了金属硫化物负极材料电化学性质不稳定，在充放电过程中电极材料会产生体积膨胀和收缩现象，而导致负极材料电化学循环稳定性较差和锂离子电池的倍率性能降低的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：18-44份丙烯腈、4-7份氧化剂、4-10份还原剂，48-65份Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管。优选的，所述氧化剂为过硫酸钾。优选的，所述还原剂为亚硫酸钠。优选的，所述羟基化碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，长度为10-30un，直径为3-8nm，羟基含量为3-5％。优选的，所述Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂，再依次加入羟基化碳纳米管和有机配体3,3',5,5'-联苯四甲酸，再加入硫酸溶液，调节溶液pH为2-3，将反应瓶置于超声处理仪中，超声频率为20-25KHz，进行超声分散处理1-2h，将溶液转移进反应釜中，加热至120-130℃，反应4-6h，将溶液过滤、洗涤、干燥，制备得到3,3',5,5'-联苯四甲酸修饰碳纳米管。(2)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入FeSO4·7H2O和CoCl2搅拌溶解，加入3,3',5,5'-联苯四甲酸修饰碳纳米管，将溶液转移进反应釜中，加热至90-100℃，反应30-35h，溶液通过高速离心机除去溶剂，将固体产物洗涤、干燥，制备得到FeCo双金属MOFs负载碳纳米管。(3)向反应瓶中加入体积比为1:3-4的蒸馏水和无水乙醇混合溶剂，再加入Na2S·9H2O和上述步骤(2)制得的FeCo双金属MOFs负载碳纳米管，搅拌均匀后将溶液转移进反应釜中，加热至100-110℃，反应3-5h，将溶液冷却至室温，通过高速离心机进行离心分离除去溶剂，将固体产物洗涤、干燥，制备得到Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管。优选的，所述步骤(1)中的羟基化碳纳米管和3,3’,5,5’-联苯四甲酸的质量比为3-5:1。优选的，所述步骤(2)中的FeSO4·7H2O、CoCl2和3,3',5,5'-联苯四甲酸修饰碳纳米管三者质量比为1:1.4-4.2:10-12。优选的，步骤(3)中的Na2S·9H2O和FeCo双金属MOFs负载碳纳米管两者质量比为3-4:1。优选的，所述聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再依次加入48-65份Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管和18-44份丙烯腈，搅拌均匀后再加入4-7份氧化剂过硫酸钾、4-10份还原剂亚硫酸钠，将反应瓶加热至45-55℃，反应3-5h，将溶液过滤除去溶剂，将固体产物洗涤、干燥，得到聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，通过FeCo双金属MOFs作为前驱体，制备出金属硫化物Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S作为负极材料的基体成分，使Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S形成空心微球结构，大大增加了其比表面积，通过Fe掺杂CoS，Fe在CoS的晶体内部形成介孔结构，在表面形成细微裂纹，这种介孔结构和细微裂纹降低了充放电过程中由于Li+的脱嵌产生微量应变效应，减小了体积膨胀和收缩效应带来的影响，从而提高了锂离子电池的倍率性能，并且Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S巨大的比表面积、介孔结构和细微裂纹缩短了Li+的传输路径，促进了Li+在负极材料和电解质之间的传输和迁移过程，从而增强了负极材料的比电容。该一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，通过原位法制备Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载到比表面积巨大的羟基化碳纳米管上，避免了Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S在电解液中团聚和结块而降低负极材料的活性位点，从而增强了负极材料的电化学性能，并且Fe掺杂CoS，增加了CoS的导电性，同时碳纳米管也具有优异的导电性，加速了电子在负极材料和电解液之间的传输，从而促进了电化学反应的正向进行，增强了锂离子电池比和电容功率密度。该一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，通过原位法制备的聚丙烯腈包覆Fe掺杂CoS-碳纳米管，聚丙烯腈链中的离域的sp2π键有效增加了负极材料中电子的传输速率，促进了Li+传输过程，并且通过聚丙烯腈包覆作用，降低了Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S的体积膨胀效应，从而通过了锂离子电池的倍率性能和电化学循环稳定性。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：18-44份丙烯腈、4-7份氧化剂、4-10份还原剂，48-65份Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管，氧化剂为过硫酸钾，还原剂为亚硫酸钠，羟基化碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，长度为10-30un，直径为3-8nm，羟基含量为3-5％。Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂，再依次加入羟基化碳纳米管和有机配体3,3',5,5'-联苯四甲酸，两者质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：18-44份丙烯腈、4-7份氧化剂、4-10份还原剂，48-65份Fe

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：18-44份丙烯腈、4-7份氧化剂、4-10份还原剂，48-65份Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管。


2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，其特征在于：所述氧化剂为过硫酸钾。


3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，其特征在于：所述还原剂为亚硫酸钠。


4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，其特征在于：所述羟基化碳纳米管为羟基化多壁碳纳米管，长度为10-30un，直径为3-8nm，羟基含量为3-5％。


5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯腈-Fe掺杂CoS-碳纳米管负极材料及其制法，其特征在于：所述Fe0.1-0.3Co0.7-0.9S负载碳纳米管制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇溶剂，再依次加入羟基化碳纳米管和有机配体3,3',5,5'-联苯四甲酸，再加入硫酸溶液，调节溶液pH为2-3，将反应瓶置于超声处理仪中，超声频率为20-25KHz，进行超声分散处理1-2h，将溶液转移进反应釜中，加热至120-130℃，反应4-6h，将溶液过滤、洗涤、干燥，制备得到3,3',5,5'-联苯四甲酸修饰碳纳米管。
(2)向反应瓶中加入适量的蒸馏水，再加入FeSO4·7H2O和CoCl2搅拌溶解，加入3,3',5,5'-联苯四甲酸修饰碳纳米管，将溶液转移进反应釜中，加热至90-100℃，反应30-35h，溶液通过高速离心机除去溶剂，将固体产物洗涤、干燥，制备得到FeCo双金属MOFs负载碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯丁茜，
申请(专利权)人：侯丁茜，
类型：发明
国别省市：浙江;33