[发明专利]用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料及其制备方法，属于储能体系器件材料制备技术领域。本发明将蚕丝织物通过碳化得到碳化蚕丝织物，在经过酸预处理，水热或溶剂热生长，以及后续退火，得到碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料。其中，碳化蚕丝织物具有高电导率，过渡金属氧化物以纳米线、纳米片、纳米方块的形貌均匀分布在碳化蚕丝织物上。所得到的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物作为锂离子电池负极，具备良好的电化学性能和机械柔性。

技术领域

本发明涉及一种储能体系器件材料，特别涉及一种用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料及其制备方法，属于储能体系器件材料制备技术领域。

背景技术

由于经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，对便携式电子设备和可穿戴电子产品的需求日益增加，例如：智能手环、可弯曲屏等。这些柔性电子产品的不断涌现，需要有相应的柔性储能装置与之匹配。锂离子电池作为二次电池，相较于传统的铅酸电池、镍氢电池，具有高能量密度、高功率密度、无记忆效应、环境友好等优势，逐渐成为新一代储能装置。当今的商业锂离子电池主要采用石墨作为负极，LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等插锂化合物作为正极，锂盐（如：LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆）溶于有机溶剂（如：EC、PC、DMC）作为电解液，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）作为隔膜。然而，由于刚性电极材料、有机液体电解质的存在，使得锂离子电池无法实现柔性，不能满足柔性电子器件的需求。实现锂离子电池的柔性化是一个系统性工程，需要电池的每个组件都具有柔性。其中，有机液体电解质和隔膜可用柔性固态电解质代替，而电极材料的柔性获取则需要从电极本身结构设计角度出发。

碳基材料具有低成本，资源丰富，高电导率，良好化学稳定性，稳定机械性能及环境友好等特性，主要应用于锂离子电池负极材料中。其中，碳布、碳纸、石墨烯纸等新兴碳基材料，相较于作为商业锂离子电池负极的石墨碳基材料，具备良好的机械柔性，能够满足柔性锂离子电池的需求。然而，这些碳基材料却存在着与石墨相同的缺陷，即能量密度低，无法满足大规模储能体系的需求，此外，这些碳基材料主要来自化石原料且不可再生。而生物质衍生的碳基材料，如：蚕丝、棉、甲壳素等，不仅来源丰富可再生，而且环境友好无污染。

在各种锂离子电池负极材料中，过渡金属氧化物（TMOs）具有3倍于石墨的比容量以及成本低廉等优势，如：ZnO、Co₂O₃、ZnCo₂O₄、NiCo₂O₄等，有望取代商业石墨应用于新一代锂离子电池。然而，过渡金属氧化物作为锂离子电池负极却存在着导电性差、锂离子扩散缓慢、结构不稳定等缺点。将其与碳基材料复合，不仅可以提高电导率，而且有助于改善结构稳定性。

为实现锂离子电池负极材料具备高能量密度、良好机械柔性的优势，可将过渡金属氧化物与生物质衍生的碳基材料复合。过渡金属氧化物提高复合材料的能量密度，生物质衍生的碳基材料改善整体的机械柔性。这种电化学性能与机械柔性并具的复合材料在锂离子电池负极材料中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供一种用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料。

本发明还提供一种所述用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种用于柔性锂离子电池负极的碳化蚕丝织物/过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）碳化蚕丝织物的制备：在惰性气体保护下，将蚕丝织物在600-1000℃下进行碳化，得到碳化蚕丝织物；