[发明专利]一种复合纳米材料作为电池负极材料的应用

说明书

本发明提供了一种纳米复合材料作为电池负极材料的应用，该纳米复合材料以酸化碳纳米管为原料，先利用聚乙烯亚胺进行改性处理制得改性碳纳米管，然后将改性碳纳米管与环氧化纤维素反应，生成碳纳米管‑纤维素复合物；最后将碳纳米管‑纤维素复合物依次进行氮掺杂和磷、铜掺杂，得到一种复合纳米材料，可用作电池负极材料，电容量高，循环性能优异，具有良好的电学性能。

本申请是分案申请，原申请的申请号为202010313504.4 ，申请日为2020年4月20日，发明名称为“一种复合纳米材料及其制备方法和应用”。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种复合纳米材料作为电池负极材料的应用。

背景技术

纳米材料是当今科学研究的前沿领域，近年来一直是世界各地众多科学工作者的研究热点之一。另外，由于环境污染的不断恶化和煤炭、石油、天然气等矿物能源的存量锐减，如何替代化石能源也是当前的重要研究课题之一。故开发新型复合纳米材料应用于化学电源具有非常重要的研究意义。

锂离子电池属于二次充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作，在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌。锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、工作温度范围宽、快速充电、自放电率低和安全可靠等优点，已经成为现代通讯和便携式电子产品等的理想化学电源。

目前商业化的锂离子电池普遍采用石墨材料作为负极，它的理论比容量仅为372mAh/g，且在快速充放电过程中存在石墨层剥落现象，导致明显的容量衰减。而且，在快速充放电过程中容易产生锂枝晶现象，这些因素都严重制约了在动力锂离子电池中的应用。因此，采用其他材料代替石墨负极是目前锂离子电池的研究重点和难点所在。

专利CN102208633B公开了一种锂离子电池负极材料，是由天然晶质石墨、天然隐晶质石墨和天然结晶脉状石墨中的一种以上为基体，基体外包覆非石墨类碳材料，包覆后的微粒复合有导电材料，其中，非石墨类碳材料是乳化沥青热处理得到，导电材料是导电天然石墨粉、导电人造石墨粉或导电炭黑。该专利的主要优势在于采用原材料为含碳量较低的石墨，降低了原材料成本，制备工艺简化，但是，该负极材料的电容量、循环性能等电学性能指标均不够理想。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种复合纳米材料作为电池负极材料的应用，该复合纳米材料电容量高，循环性能优异，具有良好的电学性能。

为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：

一种复合纳米材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）先以酸化碳纳米管为原料，利用聚乙烯亚胺进行改性处理，制得改性碳纳米管；

（2）然后将改性碳纳米管与环氧化纤维素反应，生成碳纳米管-纤维素复合物；

（3）最后将碳纳米管-纤维素复合物依次进行氮掺杂和磷、铜掺杂，即得所述的一种复合纳米材料。

优选的，以重量份计，步骤（1）的具体方法是：先将1份酸化碳纳米管分散于8～10份水中，然后加入80～100份聚乙烯亚胺，500～700W超声波振荡30～40分钟，接着以8000～10000r/min的搅拌速率剧烈搅拌20～30分钟，调节pH=7～8，离心，洗涤，真空干燥，即得所述的改性碳纳米管。

进一步优选的，利用质量浓度25～28%浓氨水调节pH值。

进一步优选的，洗涤的具体方法是：去离子水洗涤3～4次。

进一步优选的，真空干燥的温度为65～75℃，时间为20～25小时。