锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO制造技术

本发明专利技术公开了一种锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO

【技术实现步骤摘要】
锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种电池负极材料的制备方法，具体为一种锂电柔性自支撑负极材料 Sn/MoO
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@CNFs@rGo及其制备方法，属于纳米材料合成及电池制备领域。

技术介绍

[0002]随着当今社会经济的发展，能源供给不平衡的问题也日益突出。新能源和新能源材料的开发与应用已成为一个重要的课题。锂离子电池作为电化学电源，锂离子电池因为高容量、高功率密度、高安全、循环寿命长等等特点已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、相机、和其他便携式电子设备。更由于其对环境友好的优点，又出现在混合动力电动汽车(hev)和插电式混合动力汽车(phev)上，而石墨作为最常见的商用负极材料，其理论锂存储比容量仅为372mAh
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‑1，远远低于应用。因此，寻找电化学性能更好的替代负极材料，如硅基复合材料、金属间化合物和过渡金属氧化物，变得越来越重要。在这些负极材料中，Sn和MoO
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是很有前途的替代石墨的候选材料，已经引起了许多学者的关注。与传统电极相比，独立电极不需要导电剂、粘合剂和金属箔。显然，使用独立的自支撑电极可以提高电池的特定容量并降低成本。更重要的是，具有优异机械柔性的独立电极对于柔性电池具有广阔的应用前景，尤其是在可穿戴电子设备领域。
[0003]阳极锡(Sn)作为阳极已经被广泛研究，由于其较高的理论容量(远远超过商业的石墨)的存储机制是基于可逆锂合金/锂脱合金反应。然而，由于锂化/去锂化过程引起Sn体积膨胀，逐渐导致电极粉化，最终导致电极性能快速劣化，保持容量较低，寿命较短。为了克服Sn基材料的粉化问题，将其与碳纳米管(CNTs)、石墨烯、碳纳米纤维(CNFs)等碳质材料混合是一种有效的方法。这些含碳材料，不仅作为缓冲矩阵缓解大量的变化Li
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Sn合金/脱合金，尤其是金属氧化物(Fe3O4， SnO2，MoOx)引入的进行也能带来额外的存储容量，提高锂电极电导率。
[0004]因此本实验优势在于具有包覆有石墨烯的纤维结构的碳质材料在插入/提取过程中可以缩短Li
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的扩散长度，有利于提高电化学性能。且由于独立电极不需要导电剂、粘合剂和金属箔，因而使用独立的电极可以提高电池的容量并降低成本。更重要的是，具有优异机械柔性的独立电极对于柔性电池具有广阔的应用前景，尤其是在可穿戴电子设备领域。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种锂电柔性自支撑负极材料 Sn/MoOx@CNFs@rGO及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoOx@CNFs@rGO的制备方法，包括以下步骤:
[0008]S1：称取一定量的钼酸钠、氯化亚锡二水合物和溶剂，依次加入烧杯中，盖上保鲜膜，进行搅拌处理，搅拌1～3h，搅拌速度为100～800转/分钟；
[0009]S2：称取一定量的聚丙烯腈加入S1的烧杯中在50～90℃下搅拌，得到所需纺丝液，
500mA/g的电流密度下，其首次可逆放电比容量仍可达742.5mAh/g，循环200圈后仍具有 618mAh g
‑1的可逆容量，容量保持率可达83.23％。说明本专利技术锂电柔性自支撑负极材料 Sn/MoO
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@CNFs@rGo组装的电池具有较高的比容量以及很好的循环稳定性，具有显著的经济价值。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1所得锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs和 Sn/MoO
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@CNFs@rGo的SEM图；
[0030]图2为本专利技术实施例1所得锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo的XRD及 EDS图；
[0031]图3为本专利技术实施例1所得锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo组装的锂离子电池的充放电倍率性能曲线图；
[0032]图4为本专利技术实施例1所得锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo组装的锂离子电池的充放电循环性能曲线图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0034]实施例1
[0035](1)称取5mmol的钼酸钠和1.5mmol的氯化亚锡二水合物和12mLDMF，依次加入烧杯中，盖上保鲜膜，搅拌2h，搅拌速度为400转/分钟；
[0036](2)称取1g聚丙烯腈加入(1)的烧杯中在80℃下搅拌12h，搅拌速度为500转/分钟，得到所需纺丝液；
[0037](3)采用针管吸取纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压为18V，针管推进速度为0.3mL/h，接收距离为14cm。在纺丝完成后，得前驱体，将前驱体放入烘箱，在80℃下干燥12h；
[0038](4)对(3)中干燥后的前驱体进行预烧结，得纺丝膜，其中，烧结温度为250℃，保温时间为2h，升温速度为2℃/min，气氛为空气；
[0039](5)将(4)中的纺丝膜作为滤膜，浓度为1mg/mL的石墨烯水分散液作为滤液，抽滤3h；
[0040](6)在(5)中的软膜干燥后经过热处理，热处理温度为700℃，保温时间为2h，升温速度为8℃/min，气氛为Ar气氛，在热处理结束后便得到锂电柔性自支撑负极材料 Sn/MoO
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@CNFs@rGo。
[0041]一种采用上述制备方法制得的锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo。
[0042]对实施例1制得的柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo进行形貌表征和电化学性能测试：
[0043]其中，图1(a、b)分别为Sn/MoO
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@CNFs@rGo在氧化石墨抽滤前和抽滤后的扫描电镜图。分析可知，纳米线直径为170nm，成功制备了碳纤维及抽滤后石墨烯包覆碳纤维的结构；
[0044]图2为Sn/MoO
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@CNFs@rGo的X射线衍射谱图和、EDS图谱，由衍射峰和标准PDF 卡片对比发现与Sn单质完全重合，且EDS图谱上显示有Mo元素峰，说明成功合成纯相 Sn/MoO
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@CNFs@rGo；
mAh/g，循环200圈后仍具有510.6mAh g
‑1的可逆容量，容量保持率可达88％。
[0080]实施例5
[0081](1)称取2mmol的钼酸钠和3mmol的氯化亚锡二水合物和10mL DMF
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乙二醇甲醚
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DMSO，依次加入烧杯中，盖上保鲜膜，搅拌2.5h，搅拌速度为800转/分钟；
[0082](2)称取0.6g聚乙烯吡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：称取一定量的钼酸钠、氯化亚锡二水合物和溶剂，依次加入烧杯中，盖上保鲜膜，进行搅拌处理，搅拌1～3h，搅拌速度为100～800转/分钟；S2：称取一定量的高分子表面活性剂加入至S1的烧杯中，在60～80℃下搅拌，得到所需纺丝液，其中，搅拌时间为12
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24h，搅拌速度为100～800转/分钟；S3：采用针管吸取S1制得的纺丝液进行静电纺丝，纺丝电压为10～25V，针管推进速度为0.3～1.0mL/h，接收距离为10～20cm，在纺丝完成后，得前驱体，将前驱体放入烘箱，在60～90℃下干燥6～24h；S4：将S3中干燥后的前驱体进行预烧结，得纺丝膜，其中，烧结温度为200～280℃，保温时间为0.5～3h，升温速度为0.5～5℃/min，气氛为空气；S5：将S4中的纺丝膜作为滤膜，石墨烯分散液作为滤液进行抽滤，得抽滤膜，其中，抽滤时间为1
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6h，石墨烯浓度为0.1～2mg/mL；S6：待S5中的抽滤膜干燥后，经过热处理，即得锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo，其中，热处理温度为500～1000℃，保温时间为1～4h，升温速度为1～10℃/min，气氛为惰性气体。2.根据权利要求1所述的锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo的制备方法，其特征在于，步骤S1中溶剂为乙二醇甲醚、N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)的其中一种或者几种的混合物。3.根据权利要求1所述的锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO
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@CNFs@rGo的制备方法，其特征在于，步骤S2中高分子表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)中的一种。4.根据权利要求1所述的锂电柔性自支撑负极材料Sn/MoO

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，肖彬，魏镇港，谢泽林，吴亚娟，关春洋，乔帅帅，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：