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木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料及其制备方法和应用

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成果类型:
专利
发明/设计人:
张翔;胡进波;刘贡钢;苌姗姗;李贤军;...
申请/专利权人:
中南林业科技大学
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2019-01-09
申请/专利号:
CN201910020368.7
公开时间:
2019-05-14
公开号:
CN109755532A
主申请人地址:
410004 湖南省长沙市天心区韶山南路498号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料,其特征在于:所述木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料的微观形貌呈中空纤维状的核壳结构,直径为1 μm~10μm,金属氧化物纳米颗粒均匀分布于木质炭纤维表面,石墨烯包裹在负载有金属氧化物纳米颗粒的木质炭纤维管壁上。 2.一种根据权利要求1所述的木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤: (1)将木质炭纤维分散于加有表面修饰剂的水溶液中,再依次加入金属盐和氧化石墨烯,搅拌混合均匀后置于反应容器中,在120 ℃~160 ℃下进行水热反应,在炭纤维表面原位生长金属氧化物前驱体并包裹有氧化石墨烯,得沉淀物; (2)将步骤(1)所得沉淀物过滤干燥,于保护气体氛围下升温至400 ℃~800 ℃进行烧结,得木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料。 3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述木质炭纤维与金属盐、氧化石墨烯的质量之比为1 g∶1 g~5 g∶0.1g~1 g,所述金属盐为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、硝酸锰、高锰酸钾的一种或多种。 4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述表面修饰剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮、季铵盐的一种,所述加有表面修饰剂的水溶液的浓度为0.1%~1%。 5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述木质炭纤维为木材炭纤维和/或竹材炭纤维。 6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述升温的速率为1℃/min~10 ℃/min,所述烧结的时间为1 h~3 h。 7.根据权利要求2至6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,所述水热反应的时间为4 h~12 h。 8.根据权利要求2至6中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,所述保护气体氛围为惰性气体。 9.一种如权利要求1所述的木质炭纤维/金属氧化物复合负极材料或者如权利要求2~8中任一项所述的制备方法制得的木质炭纤维/金属氧化物复合负极材料在制备锂离子电池中的应用。 10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述应用包括以下步骤:将木质炭纤维/金属氧化物复合负极材料、导电炭黑和粘结剂混合,将所得混合物加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中搅拌,然后在铜箔上涂膜,制备负极电极片,再以金属锂片为对电极,以LiPF6的EC/DMC/EMC混合液为电解液,以Celgard2400聚丙烯薄膜为隔膜,组装成纽扣电池。
摘要:
本发明公开了一种木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料,所述木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料的微观形貌呈中空纤维状的核壳结构,直径为1μm~10μm,金属氧化物纳米颗粒均匀分布于木质炭纤维表面,石墨烯包裹在负载有金属氧化物纳米颗粒的木质炭纤维管壁上,本发明还提供前述复合负极材料的制备方法,本发明的复合负极材料呈纤维状形貌、比容量大、倍率性能优异、体积能量密度高。

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