[发明专利]一种多孔磷化钼/碳纤维复合材料的制备方法及应用

说明书

本申请属于过渡金属磷化物复合材料技术领域。本申请提供了一种多孔磷化钼/碳纤维复合材料的制备方法及应用，包括利用磷源和钼源溶解到溶液中，加入造孔剂和碳源制备纺丝液，静电纺丝，高温碳化的步骤，通过造孔剂热解时的收缩在纤维表面生成分散、均一的孔道结构，能够有效缓解循环过程中由于离子嵌入脱出而造成的体积效应，从而提升了材料的循环稳定性。本申请的制备方法无需使用刻蚀剂和模板剂，也避免大量的离心和水洗过程，操作简单，形貌稳定可控，便于连续制备。本申请制备得到的多孔磷化钼/碳纤维复合材料作为钠离子电池负极，在1A/g的电流密度下循环1200次仍保持着100mAh/g以上的比容量，有良好的倍率性能。

技术领域

本申请属于过渡金属磷化物复合材料技术领域，尤其涉及一种多孔磷化钼/碳纤维复合材料的制备方法及应用。

背景技术

钠离子电池相比锂离子电池在大倍率放电时性能略差，但因其制造成本低，材料结构性能较为稳定，使用时安全，钠离子电池在电网大规模储能及其他储能领域具有其自身的优势。

过渡金属磷化物基于转换反应的储能机制，较高的理论容量和较低的储钠电压称为钠离子电池负极材料的理想选择，但磷化物较差的倍率性能和循环中较大的体积膨胀阻碍了其商业化进程。多孔结构作为一种有效的改性手段可以有效缓解电极在充放电循环中体积效应产生的应力，防止材料粉化，并且可以促电解液充分在电极表面充分浸润。

传统的造孔方式通常采取合成中使用硬模板再通过试剂去除的路线，例如专利(CN110479332A)中将磷源/钼源/碳源为原料，氯化钠作为造孔剂，经冷冻干燥，煅烧，水洗得到多孔磷化钼纳米片，工艺繁琐且消耗大量模板剂。或者使用大量表面活性剂自组装的方法进行孔结构的构建，例如专利(CN110350181A)中使用氢氟酸对纳米硅颗粒进行刻蚀造孔制备了纳米多孔硅负极材料，需要对原材料进行严格的预处理，而且氢氟酸的使用会消耗活性组分且会产生腐蚀性废酸。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种多孔磷化钼/碳纤维复合材料的制备方法及应用，制备过程操作简单，工艺时间短，避免使用刻蚀剂、模板剂。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种多孔磷化钼/碳纤维复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将磷源和钼源溶解到溶液中，加入造孔剂和碳源，搅拌得到纺丝液；

S2：将所述纺丝液进行静电纺丝，得到复合纤维膜；

S3：将所述复合纤维膜进行高温碳化，得到多孔磷化钼/碳纤维复合材料；

所述造孔剂选自吡咯、苯胺或噻吩。

本申请中，利用造孔剂在磷钼化合物的表面聚合生成复合物，可以提升纺丝液的导电性。在高温处理过程中磷钼化合物与造孔剂发生分解收缩，会在纤维表面生成孔道，形成了稳定的孔道结构，能够有效缓解循环过程中由于离子嵌入脱出而造成的体积效应，从而提升了材料的循环稳定性。本申请的制备方法无需使用刻蚀剂和模板剂，也避免大量的离心和水洗过程，操作简单，形貌稳定可控，便于连续制备。

优选的，S1中所述磷源和所述钼源选自磷钼酸或磷钼酸铵；

所述碳源选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈和聚乙烯醇的一种或多种。

优选的，所述造孔剂与所述溶液的体积比为(0.5～5):1。

优选的，S1中所述溶液的溶质选自植酸、植酸钠或植酸钾；

所述溶液的溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。