[发明专利]富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料，其特征在于，通过在氮掺杂生物质基碳纤维表面原位生长硫化铼纳米片得到富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料。本发明制备的复合材料中硫化铼纳米片均匀生长在氮掺杂生物质基碳纤维表面，具有比表面积大、导电性好、物理化学性质稳定等优点，富缺陷结构为锂离子快速传输提供了更多的有效途径，因此具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于金属硫化物-碳材料技术领域，具体涉及一种富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的广泛应用是当今许多行业发展的基石，目前大部分的便携式电子设备都需要锂离子电池提供电能，这也对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。然而，传统电极材料的容量已经几乎达到瓶颈。因此，研发高比容量负极材料是提升锂离子电池能量/功率密度的关键所在，是锂离子电池发展和应用的重要基础。然而，以过渡金属硫化物等为代表的高比容量负极材料在充放电过程中会伴随着严重的电极体积膨胀和收缩，从而造成电极结构的坍塌与破坏，导致其较差的循环稳定性能和倍率性能。因此，大大限制了高比容量负极材料的发展和商业化应用。

硫化铼(ReS₂)作为过渡金属硫化物中的新兴成员，具有典型的二维层状结构。硫化铼层间极弱的范德华相互作用在保证锂离子高效扩散和传输的前提下，大大缓解了锂离子嵌入/脱出过程所带来的体积膨胀效应，为下一代锂离子电池电极材料的开发带来了新的曙光。因此，对硫化铼材料进行合理的设计并研究其在锂离子电池工作中的电化学行为，显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、成本低廉、锂离子电池性能优异的富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料，其特征在于，通过在氮掺杂生物质基碳纤维表面原位生长硫化铼纳米片得到富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料。

本发明还提供了上述富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将高铼酸铵、硫脲、盐酸羟胺溶解于去离子水中，并超声处理，使其分散均匀，得到混合溶液；再将氮掺杂生物质基碳纤维加入混合溶液中；转移至水热釜中加热进行水热反应；反应结束后冷却至室温，将产物用乙醇和水的混合溶液洗涤，干燥，得到富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料。

优选地，所述高铼酸铵、硫脲、盐酸羟胺的摩尔比为(1-3):(1-5):(1-3)。

更优选地，所述高铼酸铵、硫脲、盐酸羟胺的摩尔比为1:2.2:2。

优选地，所述水热反应温度为180-220℃，反应时间为20-26h。

更优选地，所述水热反应温度为200℃，反应时间为24h。

优选地，所述干燥为80℃下干燥10-14h。

更优选地，所述干燥为80℃下干燥12h。

本发明还提供了上述的富缺陷硫化铼/氮掺杂生物质基碳纤维复合材料在锂离子电池中的应用。

本发明制备的复合材料中富缺陷硫化铼纳米片均匀的生长在氮掺杂生物质基碳纤维的表面，避免了硫化铼合成过程中易团聚的问题。这极大地增加了硫化铼的活性表面积，使复合材料具有比表面积大、导电性好、物理化学性质稳定等优点。该复合材料中硫化铼纳米片的富缺陷结构为锂离子快速传输提供了更多的有效途径，使其展现出优异的电化学性能。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、本发明在常规的硫化铼中引入缺陷结构，是一种简单高效的改性方法。