一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112186164A(43)申请公布日2021.01.05(21)申请号202011079847.5(22)申请日2020.10.10(71)申请人宁波大学地址315211浙江省宁波市江北区风华路818号(72)发明人李星段利强(74)专利代理机构北京风雅颂专利代理有限公司11403代理人李翔(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途(57)摘要本发明公开了一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途。本发明利以廉价易得的天然蚕丝为原料，通过水热反应和原位反应制备的负载Co纳米颗粒的一维碳纤维复合材料具有良好的电化学性能，在100mA/g的电流密度下，200次循环后，其充放电比容量仍能保留190Ah/g以上，库伦效率在99.7％以上。本发明合成方法简单，易于操作，材料制备成本低，设备投资少，适合批量生产。CN112186164ACN112186164A权利要求书1/1页1.一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)将一定质量的蚕茧置于浓度为0.5～1.0g/L的碳酸钠NaCO3水溶液中，加热回流50min进行脱胶，然后过滤，用蒸馏水清洗3次，随后干燥，得到丝素蛋白纤维；2)将一定量的丝素蛋白纤维浸泡在浓度为2.0～5.0g/L的草酸钴CoC2O4和3.0g/L的葡萄糖混合水溶液中，室温搅拌30～60min，然后转移到不锈钢反应釜中，120～140℃反应24～48h，自然冷却至室温，过滤，110℃干燥，得到一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料。参加反应的物质均为化学纯。2.一种如权利要求1所述的制备方法得到的负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料。3.一种如权利要求2所述的负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料的用途，其特征在于，该负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料是一维管状结构，当作为锂离子电池负极材料，在100mA/g的电流密度下，200次循环后，其充放电比容量仍能保留190Ah/g以上，库伦效率在99.7％以上。2CN112186164A说明书1/3页一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途技术领域[0001]本发明属于材料化学领域，具体涉及一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途。背景技术[0002]锂离子电池能量密度大，平均输出电压高，没有记忆效应，工作温度范围宽为-20～℃60，℃可快速充放电、循环性能优越、充电效率高达100％，而且使用寿命长，输出功率大，几乎不含有毒有害物质，被称为绿色电池。锂离子电池是由正极、隔膜、负极、有机电解液和电池外壳组成。过渡金属族元素是负极材料的重要组成部分，但是其缺点不可忽视：1)过渡金属族材料本征导电性比较差；2)容易在充放电过程中发生较大的体积变化，导致负极材料的粉化；3)块体材料往往在充放电过程中有非常严重的团聚，导致循环性能的变差。过渡金属族材料的改性在结构上主要是使其纳米化，包括零维的纳米颗粒，一维结构的纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带，二维结构的多孔纳米片、纳米板，三维结构的纳米球等。这些独特的结构能促进了电子的传导，缩短了离子的传输路径，缓解了充放电过程材料的体积变化。[0003]蚕丝是一种价格低廉、可持续再生、获取途径方便的天然生物材料。它的微观形貌是一种连续管状结构，是一种天然的一维材料，用蚕丝可以直接对过渡金属族材料进行改性。一般水热法，溶剂热法，静电纺丝等技术制备一维结构不仅需要表面活性剂，还要精确调控溶液的浓度，PH等参数，并且合成过程中会产生大量的废液，增加了废液回收的成本，也可能对环境造成不可恢复的损害。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料及其制备方法和用途。[0005]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：[0006]1)将一定质量的蚕茧置于浓度为0.5～1.0g/L的碳酸钠NaCO3水溶液中，加热回流50min进行脱胶，然后过滤，用蒸馏水清洗3次，随后干燥，得到丝素蛋白纤维；[0007]2)将一定量的丝素蛋白纤维浸泡在浓度为2.0～5.0g/L的草酸钴和3.0g/L的葡萄糖混合水溶液中，室温搅拌30～60min，然后转移到不锈钢反应釜中，120～140℃反应24～48h，自然冷却至室温，过滤，110℃干燥，得到一种负载Co纳米颗粒的碳纤维复合材料；[00