柔性鋰離子電池負極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，特別涉及一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]能源是影響人類生存和發(fā)展的重要命題，然而隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，煤和石油等化石燃料不斷被消耗，由此引發(fā)的能源危機和環(huán)境污染問題越來越突出，因此尋求替代傳統(tǒng)化石燃料的可再生綠色能源并加以合理利用顯得尤為迫切。近年來，鋰離子電池、電化學超級電容器等化學能源由于具有循環(huán)穩(wěn)定，壽命長，潔凈無污染等諸多優(yōu)勢而被廣泛應用于便攜式電子設備中。大型移動設備及電網(wǎng)儲能對鋰離子電池的功率密度和能量密度提出了更高的要求，而電極材料則是鋰離子電池性能提高的決定性因素。隨著柔性/可折疊電子器件的發(fā)展，開發(fā)具有彎曲特性的柔性鋰離子電池已成為目前儲能領域研究的前沿方向之一。
[0003]二維(2D)過渡金屬二硫屬化物MX2 (M =鈦，鈮，鉬，鉭;X = S，砸，碲)由于具有高的容量和優(yōu)異的穩(wěn)定性，而被認為是很有前途的鋰離子電池負極材料。作為典型的2D過渡金屬硫化物，二硫化鉬顯示出與石墨烯相似的層狀結構，是由范德華空隙隔開的三層S-Mo-S共價鍵緊密堆積而成，利于外來反應物進行插入反應，作為鋰離子電池負極理論容量大，但是由于其多層堆疊的結構，在鋰離子嵌入時會引起體積或結構的變化。而碳基負極材料具有一定彈性，是良好的鋰離子和電子導體，本身具有一定的嵌鋰容量，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異。因此可通過制備復合材料以獲得優(yōu)異的綜合性能。
[0004]文獻IuMoS2/有序介孔碳復合材料的制備及作為鋰電池負極的性能研究張曉雪，何建平。第十七次全國電化學會議，2013,11.”公開了一種以酚醛樹脂為原料合成的有序介孔碳采用水熱法與MoS2復合制備MoS2/有序介孔碳復合材料用于鋰離子電池負極材料，但是由于這種方法所制備的材料為粉末材料，制備鋰離子電池電極還需要添加導電添加劑和粘結劑，電極涂布過程復雜且難以掌握。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有鋰離子電池負極材料的制備方法復雜的不足，本發(fā)明提供一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法。該方法采用靜電紡絲，預氧化及碳化過程制備柔性碳纖維，然后以碳纖維為基底，采用水熱法在其上生長MoS2納米片結構，最終得到MoS2/CNF柔性復合材料。本發(fā)明制備的MoS2/CNF柔性復合材料為自支撐材料，無需使用導電添加劑和粘結劑，無復雜的涂布過程，可直接作為鋰離子電池電極材料，柔韌性好且制備方法簡單。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案:一種柔性鋰離子電池負極材料的制備方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]步驟一、以聚丙烯腈為溶質，二甲基甲酰胺為溶劑，配制質量分數(shù)為7?12%的溶液，置于烘箱中60-120°C，6-24h后拿出，形成均一溶液。
[0008]步驟二、將步驟一得到的均一溶液利用靜電紡絲裝置，在進給量為0.4-1.4mLh—1;外加電壓為10-18KV下，紡織成納米纖維；將得到的納米纖維置于馬弗爐中，以0.1-3°Cmin—1的升溫速率升溫到目標溫度200-300°C;保溫0.5-6h;再將得到的產(chǎn)物置于管式爐中，在惰性氣體氣氛中，以0.1-5°C min—1的升溫速率升溫到目標溫度600-1000°C;保溫0.5-6h，獲得碳纖維。
[0009]步驟三、以摩爾比為1: 1.5-6的鉬源和硫源為溶質，配制混合溶液，將混合溶液移入水熱反應釜中，將步驟二所得的碳纖維置于混合溶液中，按照設定的水熱溫度140-360°C和反應時間12-72h進行水熱反應，反應結束后，將水熱得到的MoS2/碳纖維復合材料用去離子水和無水乙醇各沖洗反復沖洗后，40-90°C鼓風干燥或真空干燥4-36h，得到MoS2/碳纖維柔性材料。
[0010]所述鉬源是鉬酸鈉、四水合鉬酸銨、四硫代鉬酸銨、四鉬酸銨、三硫化鉬、氯化鉬或者三氧化鉬的任一種。
[0011]所述硫源是硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺、硫代硫酸鈉、L-半胱氨酸、四硫代鉬酸銨、十二硫醇或者硫代乙醇酸的任一種。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:該方法采用靜電紡絲，預氧化及碳化過程制備柔性碳纖維，然后以碳纖維為基底，采用水熱法在其上生長MoS2納米片結構，最終得到MO&/CNF柔性復合材料。本發(fā)明制備的MO&/CNF柔性復合材料為自支撐材料，無需使用導電添加劑和粘結劑，無復雜的涂布過程，可直接作為鋰離子電池電極材料，柔韌性好且制備方法簡單。
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明柔性鋰離子電池負極材料的制備方法的流程圖。
[0015]圖2是本發(fā)明方法實施例1制備的MoS2/CNF柔性復合材料的SEM照片。
[0016]圖3是本發(fā)明方法實施例1制備的MO&/CNF柔性復合材料的電化學性能圖。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例參照圖1-3。
[0018]實施例1。
[0019]I)稱取2g的聚丙烯腈(PAN)，18g二甲基甲酰胺(DMF)，將PAN加入到DMF中，置于烘箱中60°C，24h后拿出，形成均一溶液。
[0020]2)將步驟I)中的溶液通過靜電紡絲的方式，得到納米纖維，電紡過程中，進給量設定為ImL h—S外加電壓為14kV;將納米纖維置于馬弗爐中預氧化，升溫速率定為3°C min—1，200°C保溫6h;再將得到的產(chǎn)物置于管式爐中，在氮氣氣氛下，升溫速率為3°C min—S目標溫度為800°C，保溫時間4h最終得到碳纖維。
[0021 ] 3)稱取Immol的鉬酸鈉，4mmol的L-半胱氨酸，溶于80ml超純水中，將所得溶液轉入10ml水熱斧中，再將一塊步驟2)所得到的碳纖維裁剪為為尺寸為2*4cm2的碳纖維置于水熱斧中，將水熱釜放入干燥箱中加熱至180°C保溫24h，水熱反應完畢后自然冷卻至室溫，得至ljMoS2/碳纖維，使用去離子水和無水乙醇各沖洗3次，60°C下鼓風干燥36h得到MoS2/碳纖維柔性材料。
[0022]圖2是本實施例制備的的MoS2/碳纖維柔性材料的SEM照片