[发明专利]木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料，其特征在于：所述木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料的微观形貌呈中空纤维状的核壳结构，直径为1μm～10μm，金属氧化物纳米颗粒均匀分布于木质炭纤维表面，石墨烯包裹在负载有金属氧化物纳米颗粒的木质炭纤维管壁上；

所述木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料包括以下步骤制备得到：

(1)将木质炭纤维分散于加有表面修饰剂的水溶液中，再依次加入金属盐和氧化石墨烯，搅拌混合均匀后置于反应容器中，在120℃～160℃下进行水热反应，在炭纤维表面原位生长金属氧化物前驱体并包裹有氧化石墨烯，得沉淀物；

(2)将步骤(1)所得沉淀物过滤干燥，于保护气体氛围下升温至400℃～800℃进行烧结，得木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料；

所述木质炭纤维与金属盐、氧化石墨烯的质量之比为1∶1～5∶0.1～1；所述加有表面修饰剂的水溶液的浓度为0.1％～1％。

2.一种根据权利要求1所述的木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将木质炭纤维分散于加有表面修饰剂的水溶液中，再依次加入金属盐和氧化石墨烯，搅拌混合均匀后置于反应容器中，在120℃～160℃下进行水热反应，在炭纤维表面原位生长金属氧化物前驱体并包裹有氧化石墨烯，得沉淀物；

(2)将步骤(1)所得沉淀物过滤干燥，于保护气体氛围下升温至400℃～800℃进行烧结，得木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料；

所述木质炭纤维与金属盐、氧化石墨烯的质量之比为1∶1～5∶0.1～1；所述加有表面修饰剂的水溶液的浓度为0.1％～1％。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述金属盐为硝酸镍、硝酸钴、硝酸铁、硝酸锰、高锰酸钾的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述表面修饰剂为聚乙烯吡咯烷酮、季铵盐的一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述木质炭纤维为木材炭纤维和/或竹材炭纤维。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述升温的速率为1℃/min～10℃/min，所述烧结的时间为1h～3h。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述水热反应的时间为4h～12h。

8.根据权利要求2至6中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述保护气体氛围为惰性气体氛围。

9.一种如权利要求1所述的木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料或者如权利要求2～8中任一项所述的制备方法制得的木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料在制备锂离子电池中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将木质炭纤维/金属氧化物/石墨烯复合负极材料、导电炭黑和粘结剂混合，将所得混合物加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中搅拌，然后在铜箔上涂膜，制备负极电极片，再以金属锂片为对电极，以LiPF₆的EC/DMC/EMC混合液为电解液，以Celgard2400聚丙烯薄膜为隔膜，组装成纽扣电池。