一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用。该复合纤维的制备方法包括以下步骤：使钼酸铵与硝酸水溶液进行水热反应，得到三氧化钼纳米带；将氧化石墨烯分散液加入到所述三氧化钼纳米带的水溶液中，搅拌制得复合纺丝液；通过所述复合纺丝液纺丝制得三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维；将三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维还原后制得所述三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维。本发明专利技术通过条件温和，操作简单，易于规模化生产的改进湿法纺丝制备工艺，得到的复合纤维应用于锂离子电池正极，具有更强的倍率、循环等电化学性能。循环等电化学性能。循环等电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于湿法纺丝制备复合纤维领域，涉及一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]实现高效的电化学储能是促进未来可持续发展战略之一，其中锂离子电池具有比能量大、循环寿命长、无记忆点等优点，已经在便携式电子产品上得到普遍应用，然而限制其应用之一就是正极材料的比能量密度较低，无法与锂负极3860mAh/g的高比容量相匹配，且锂离子电池的电化学性能和安全性很大程度上取决于正极材料，为解决这一问题，开发一种超高能量密度的正极材料迫在眉睫。三氧化钼(MoO3)可以在1～3.25V进行双电子反应，具有930Wh/kg高理论比能量密度，通过范德华力使MoO6八面体相连的独特层状纳米结构提供有效的锂离子扩散路径，使得其有望用作锂离子电池正极材料。然而，三氧化钼的电导率较低，同时现有技术制得的材料大多为纳米颗粒、纳米片或者纳米纤维，宏观尺寸均较小，在制成电极材料后导电率较差，同时，在充放电过程中锂离子嵌入层间会导致三氧化钼发生不可逆相变，引起结构破碎，导致其倍率性能和循环性能较差，严重限制了三氧化钼作为锂离子电池正极材料的实际应用。现有技术中一般通过将三氧化钼与碳材料等进行复合，来提高材料的电导率。但是现有技术得到的复合材料的结构稳定性和循环稳定性依然较差，另外，制备过程较为复杂、制备成本也较高。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维及其制备方法和应用，从而得到结构稳定、导电性能良好的三氧化钼复合材料，该材料作为电池的正极材料时，具有良好的倍率性能以及优异的循环性能。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：使钼酸铵与硝酸水溶液进行水热反应，得到三氧化钼纳米带；
[0007]S2：将氧化石墨烯分散液加入到所述三氧化钼纳米带的水溶液中，搅拌制得复合纺丝液；
[0008]S3：通过所述复合纺丝液纺丝制得三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维；
[0009]S4：将三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维还原后制得所述三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维。
[0010]优选的，所述步骤S1中钼酸铵与硝酸的质量比为1:(3～4)。
[0011]优选的，所述步骤S2中，按照质量份数计，氧化石墨烯与三氧化钼纳米带的比例为(2～10):(98～90)。
[0012]优选的，所述步骤S3具体为：通过将复合纺丝液喷至凝固浴中，制得所述三氧化
钼/氧化石墨烯复合纤维。
[0013]优选的，所述凝固浴为氯化钙水溶液或壳聚糖的盐酸溶液。
[0014]优选的，所述步骤S4中的还原过程具体为：
[0015]当步骤S3采用氯化钙水溶液作为凝固浴时，通过化学还原和热还原中的至少一种进行还原处理；
[0016]当步骤S3采用壳聚糖的盐酸溶液作为凝固浴时，通过化学还原或化学还原与热还原结合的方式进行还原处理。
[0017]优选的，所述化学还原过程为将三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维与抗坏血酸溶液混合，在80～100℃温度下静置反应30～360min；所述热还原过程为在Ar气气氛下将所述三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维在200～450℃下处理120～360min。
[0018]一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维，通过上述的方法制得；所述复合纤维的长度大于20cm。
[0019]上述的三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维在正极材料中的应用。
[0020]上述的正极材料在锂离子电池中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0022]本专利技术通过采用纺丝技术制得三氧化钼纳米带与还原氧化石墨烯的复合纤维，得到的复合纤维中，三氧化钼纳米带与还原氧化石墨烯紧密结合，有效提升了复合材料的电导率，且复合材料具有较好的机械强度，有效缓解了三氧化钼在作为锂离子电池的正极材料时，锂离子的嵌脱过程造成三氧化钼的结构破碎，提升了三氧化钼的结构稳定性，同时在还原过程中，在三氧化钼中引入了适当的氧缺陷，该氧缺陷的存在减少了不可逆的锂离子存储。当制得的该复合材料用作锂离子电池的正极材料时，具有更高的比容量，更强的倍率以及循环性能，有效提升了三氧化钼的电学性能。
[0023]进一步的，按照质量份数计，氧化石墨烯与三氧化钼纳米带的比例为(2～10):(98～90)，即通过少量碳材料的加入，结合本专利技术的方法，即可得到性能优异的复合材料。
[0024]进一步的，通过湿法纺丝技术，即将复合纺丝液喷至凝固浴中，制得所述三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维，通过简单的方法即可制得尺寸较长的微米纤维，且该方法可有效提高三氧化钼与氧化石墨烯之间的结合力，提高了最终材料的结构稳定性。
[0025]进一步的，由于壳聚糖不溶于水，因此采用壳聚糖的盐酸溶液作为凝固浴时，三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维制备结束后，在还原过程中必须经过化学还原过程，化学还原剂可使残留在复合纤维上的壳聚糖溶解，避免了产物中杂质的残留，提高了产物的纯度。
[0026]进一步的，在80～100℃使三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维与抗坏血酸溶液反应。另外，在200～450℃Ar气气氛下，氧化石墨烯中大量绝缘的被氧连接的sp3碳原子被逐渐还原，sp2部分扩大电导率实现了数量级级别的提升，另外，在氧化石墨烯的还原的同时，在三氧化钼中引入适量氧缺陷，通过一步操作即可实现两个材料的结构调控，方法简单。
[0027]一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维，通过本专利技术中的湿法纺丝工艺制得，通过少量氧化石墨烯材料的加入即可使得复合纤维的长度大于20cm，有效使得该复合纤维在作为电池材料时降低材料的电阻率，确保了电池的电学性能。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0029]图1为本专利技术中一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维制备方法的工艺流程图；
[0030]图2为本专利技术中实施例1制得的三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的SEM图；
[0031]图3为本专利技术中实施例1制得的三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维作为锂离子电池正极的恒流充放电曲线；
[0032]图4为本专利技术中实施例2制得的三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的SEM图；
[0033]图5为本专利技术中实施例3制得的三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维作为锂离子电池正极的循环伏安曲线。
具体实施方式
[0034]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：使钼酸铵与硝酸水溶液进行水热反应，得到三氧化钼纳米带；S2：将氧化石墨烯分散液加入到所述三氧化钼纳米带的水溶液中，搅拌制得复合纺丝液；S3：通过所述复合纺丝液纺丝制得三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维；S4：将三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维还原后制得所述三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维。2.根据权利要求1所述的一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中钼酸铵与硝酸的质量比为1:(3～4)。3.根据权利要求1所述的一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，按照质量份数计，氧化石墨烯与三氧化钼纳米带的比例为(2～10):(98～90)。4.根据权利要求1所述的一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：通过将复合纺丝液喷至凝固浴中，制得所述三氧化钼/氧化石墨烯复合纤维。5.根据权利要求4所述的一种三氧化钼/还原氧化石墨烯复合纤维的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓旭，盛大伟，胡雨欣，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：