本發(fā)明屬于鋰離子電池領域，涉及一種硒化鉬/碳化細菌纖維素鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術：

細菌纖維素來源廣泛，廉價易得，形貌均一可控，是一種可再生的環(huán)境友好型生物質(zhì)材料。碳化細菌纖維素是由細菌纖維素在惰性氣氛下經(jīng)高溫退火加工而成的碳化材料。近年來，碳化細菌纖維素由于能保留其前驅(qū)體細菌纖維素所具有的三維網(wǎng)狀納米纖維、優(yōu)異的導電性及化學穩(wěn)定性等特性，受到廣泛關注，尤其在儲能材料領域。wang等人(binwangetal.small,2013,9(14):2399-2404.)首次制備ge/cbc復合材料用于鋰離子電池，該電池表現(xiàn)出較差的倍率性能，分析認為電導率是影響其電池性能的關鍵因素。此外，高溫碳化獲得的cbc小孔含量較低，因此在鋰離子電池運行中對溶解性多硫化物吸附控制能力較為有限(yanghuangetal.journalofmaterialschemistrya,2015,3:10910-10918.)。此外，經(jīng)高溫退火制得的碳化材料，表面含有較少的含氧官能團，阻礙了對其進一步應用。

硒化鉬是一類六方晶系的過渡金屬硫族化合物，層內(nèi)se與mo原子間以強的共價鍵結(jié)合，層間是微弱的范德華力。硒化鉬由于其具有較大的層間距，li+與na+容易插入到分子的層間，形成插層化合物，在鋰離子電池、電化學催化析氫等領域有著廣泛的應用。然而，純的硒化鉬易于團聚，電化學活性位點無法得到充分暴露，嚴重影響了其影響了其催化特性和能量存儲的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，合理的組裝硒化鉬與性能優(yōu)異的碳納米材料對于提升材料的性能有著重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡易、電化學性能優(yōu)異的硒化鉬/碳化細菌纖維素鋰離子電池負極材料及其制備。

實現(xiàn)上述目的的技術方案如下：

一種硒化鉬/碳化細菌纖維素鋰離子電池負極材料的制備方法，通過以下步驟制備得到：

步驟1，將硒粉分散于水合肼中攪拌1h，鉬酸鈉分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，將細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中12-48h之后，通過水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理，然后在惰性氣氛下于600-800℃下碳化，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

本發(fā)明，步驟1中，硒粉在水合肼中分散液的濃度為1-6mg/ml,鉬酸鈉在n，n-二甲基甲酰胺溶劑的濃度為1-5mg/ml，鉬與硒的摩爾質(zhì)量比為1：2；

本發(fā)明，步驟2中，細菌纖維素凝膠的厚度為1.5-3.0mm，細菌纖維素/硒粉的質(zhì)量比為1：1，水熱反應條件為160～200℃，10-12h；

本發(fā)明，步驟3中，所述的壓平處理的壓力為0.2mpa，所述的惰性氣體為氮氣或氫氣與氬氣的混合氣，所述的碳化時間為1-3h；

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下顯著效果：

(1)本發(fā)明利用大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的細菌纖維素為載體，大量的含氧集團能為硒化鉬納米片層的生長提供一個三維高比表面積的基底，使得自組裝制備得到的硒化鉬納米纖維可以充分的暴露其活性位點，有效的抑制硒化鉬的團聚；

(2)本發(fā)明采用的制備工藝操作簡單、能耗較低，可調(diào)控性強，具有商品化生產(chǎn)的潛力；

(3)本發(fā)明制得的納米復合材料，是垂直排列的硒化鉬小片層結(jié)構(gòu)與三維碳化細菌纖維素的空間排布的合理搭配，最大化的暴露硒化鉬的電化學活性位點，降低硒化鉬的層數(shù)，解決了鋰離子電池負極材料在充放電過程中，由于體積易膨脹而導致的材料粉碎的問題，使得組裝的鋰離子電池容量得以提高、循環(huán)壽命得以延長。

附圖說明

圖1是實施例1中制備的mose2/cbc復合材料sem圖譜。

圖2是實施例1中制備的mose2/cbc復合材料xps圖譜。

圖3是實施例1中制備的mose2/cbc復合材料xrd圖譜。

圖4是實施例1中制備的mose2/cbc復合材料作為鋰離子電池負極材料在100ma/g電流密度下的不同循環(huán)圈數(shù)時的性能圖。

具體實施方式

下面通過實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1

步驟1，取5mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為1.5mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中12h之后，通過160℃，10h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于600℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

實施例2

步驟1，取10mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為2mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中24h之后，通過180℃，10h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于600℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

實施例3

步驟1，取15mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為3mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中48h之后，通過200℃，10h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于700℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

實施例4

步驟1，取30mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為3mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中48h之后，通過200℃，12h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于800℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

實施例5

步驟1，取30mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為3mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中24h之后，通過200℃，10h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于700℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

實施例6

步驟1，取15mg硒粉分散于5ml水合肼中攪拌1h，取一定量的鉬酸鈉(mo與se的摩爾質(zhì)量為1：2)分散于n，n-二甲基甲酰胺溶劑中，上述溶液分散均勻后將兩個溶液混合，再繼續(xù)攪拌1h；

步驟2，取厚度為3mm的細菌纖維素膜浸漬于步驟1的溶液中48h之后，通過200℃，10h的水熱反應，得到硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料；

步驟3，將硒化鉬/細菌纖維素氣凝膠復合材料壓平處理(0.2mpa正壓力)，然后在惰性氣氛下于800℃下碳化2h，得到硒化鉬/碳化細菌纖維素氣凝膠(mose2/cbc)。

由圖1的sem表征結(jié)果表明，所制得的硒化鉬/碳化細菌纖維素納米材料，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于電解液的滲透，硒化鉬納米片均勻地垂直生長在碳纖維上，極大程度的暴露硒化鉬的活性位點，有效地抑制了硒化鉬的自聚。對制備得到的mose2/cbc的樣品進行xrd，xps圖譜分析(圖2和圖3)，硒化鉬在2θ＝13.5°，32.6°，38.7°和58.5°的衍射峰可以分別對應于mose2的(002)，(100)，(103)和(110)晶面，2θ＝25.3°的衍射峰對應于碳材料的(002)晶面，xrd以及xps圖譜都說明了硒化鉬成功的負載在碳化細菌纖維素上。將該材料用于鋰離子電池負極材料，其電化學測試結(jié)果表明，硒化鉬/碳化細菌纖維素納米材料具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，初始放電比容量達590mahg^-1。