一种硒化钼/碳化细菌纤维素锂离子电池负极材料及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种硒化钼/碳化细菌纤维素锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术：

细菌纤维素来源广泛，廉价易得，形貌均一可控，是一种可再生的环境友好型生物质材料。碳化细菌纤维素是由细菌纤维素在惰性气氛下经高温退火加工而成的碳化材料。近年来，碳化细菌纤维素由于能保留其前驱体细菌纤维素所具有的三维网状纳米纤维、优异的导电性及化学稳定性等特性，受到广泛关注，尤其在储能材料领域。wang等人(binwangetal.small,2013,9(14):2399-2404.)首次制备ge/cbc复合材料用于锂离子电池，该电池表现出较差的倍率性能，分析认为电导率是影响其电池性能的关键因素。此外，高温碳化获得的cbc小孔含量较低，因此在锂离子电池运行中对溶解性多硫化物吸附控制能力较为有限(yanghuangetal.journalofmaterialschemistrya,2015,3:10910-10918.)。此外，经高温退火制得的碳化材料，表面含有较少的含氧官能团，阻碍了对其进一步应用。

硒化钼是一类六方晶系的过渡金属硫族化合物，层内se与mo原子间以强的共价键结合，层间是微弱的范德华力。硒化钼由于其具有较大的层间距，li+与na+容易插入到分子的层间，形成插层化合物，在锂离子电池、电化学催化析氢等领域有着广泛的应用。然而，纯的硒化钼易于团聚，电化学活性位点无法得到充分暴露，严重影响了其影响了其催化特性和能量存储的循环稳定性。因此，合理的组装硒化钼与性能优异的碳纳米材料对于提升材料的性能有着重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种工艺简易、电化学性能优异的硒化钼/碳化细菌纤维素锂离子电池负极材料及其制备。

实现上述目的的技术方案如下：

一种硒化钼/碳化细菌纤维素锂离子电池负极材料的制备方法，通过以下步骤制备得到：

步骤1，将硒粉分散于水合肼中搅拌1h，钼酸钠分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，将细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中12-48h之后，通过水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理，然后在惰性气氛下于600-800℃下碳化，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

本发明，步骤1中，硒粉在水合肼中分散液的浓度为1-6mg/ml,钼酸钠在n，n-二甲基甲酰胺溶剂的浓度为1-5mg/ml，钼与硒的摩尔质量比为1：2；

本发明，步骤2中，细菌纤维素凝胶的厚度为1.5-3.0mm，细菌纤维素/硒粉的质量比为1：1，水热反应条件为160～200℃，10-12h；

本发明，步骤3中，所述的压平处理的压力为0.2mpa，所述的惰性气体为氮气或氢气与氩气的混合气，所述的碳化时间为1-3h；

与现有技术相比，本发明具有以下显著效果：

(1)本发明利用大孔网状结构的细菌纤维素为载体，大量的含氧集团能为硒化钼纳米片层的生长提供一个三维高比表面积的基底，使得自组装制备得到的硒化钼纳米纤维可以充分的暴露其活性位点，有效的抑制硒化钼的团聚；

(2)本发明采用的制备工艺操作简单、能耗较低，可调控性强，具有商品化生产的潜力；

(3)本发明制得的纳米复合材料，是垂直排列的硒化钼小片层结构与三维碳化细菌纤维素的空间排布的合理搭配，最大化的暴露硒化钼的电化学活性位点，降低硒化钼的层数，解决了锂离子电池负极材料在充放电过程中，由于体积易膨胀而导致的材料粉碎的问题，使得组装的锂离子电池容量得以提高、循环寿命得以延长。

附图说明

图1是实施例1中制备的mose2/cbc复合材料sem图谱。

图2是实施例1中制备的mose2/cbc复合材料xps图谱。

图3是实施例1中制备的mose2/cbc复合材料xrd图谱。

图4是实施例1中制备的mose2/cbc复合材料作为锂离子电池负极材料在100ma/g电流密度下的不同循环圈数时的性能图。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

步骤1，取5mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为1.5mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中12h之后，通过160℃，10h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于600℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

实施例2

步骤1，取10mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为2mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中24h之后，通过180℃，10h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于600℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

实施例3

步骤1，取15mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为3mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中48h之后，通过200℃，10h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于700℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

实施例4

步骤1，取30mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为3mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中48h之后，通过200℃，12h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于800℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

实施例5

步骤1，取30mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为3mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中24h之后，通过200℃，10h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于700℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

实施例6

步骤1，取15mg硒粉分散于5ml水合肼中搅拌1h，取一定量的钼酸钠(mo与se的摩尔质量为1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶剂中，上述溶液分散均匀后将两个溶液混合，再继续搅拌1h；

步骤2，取厚度为3mm的细菌纤维素膜浸渍于步骤1的溶液中48h之后，通过200℃，10h的水热反应，得到硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料；

步骤3，将硒化钼/细菌纤维素气凝胶复合材料压平处理(0.2mpa正压力)，然后在惰性气氛下于800℃下碳化2h，得到硒化钼/碳化细菌纤维素气凝胶(mose2/cbc)。

由图1的sem表征结果表明，所制得的硒化钼/碳化细菌纤维素纳米材料，具有三维网状结构，有利于电解液的渗透，硒化钼纳米片均匀地垂直生长在碳纤维上，极大程度的暴露硒化钼的活性位点，有效地抑制了硒化钼的自聚。对制备得到的mose2/cbc的样品进行xrd，xps图谱分析(图2和图3)，硒化钼在2θ＝13.5°，32.6°，38.7°和58.5°的衍射峰可以分别对应于mose2的(002)，(100)，(103)和(110)晶面，2θ＝25.3°的衍射峰对应于碳材料的(002)晶面，xrd以及xps图谱都说明了硒化钼成功的负载在碳化细菌纤维素上。将该材料用于锂离子电池负极材料，其电化学测试结果表明，硒化钼/碳化细菌纤维素纳米材料具有优异的循环稳定性，初始放电比容量达590mahg^-1。