[发明专利]一种氮硫共掺杂VN/CNF钾离子电池负极材料的制备方法

摘要

本发明公开一种氮硫共掺杂VN/CNF钾离子电池负极材料的制备方法，以动物毛发原料作为氮硫主要来源掺杂到PAN/VO(acac)2复合物中，经纺丝、氨化制得一种氮硫共掺杂VN/CNF钾离子电池负极材料。本发明以禽畜毛羽为原材料，价格低廉、绿色环保、资源循环，实现废弃物高值化利用；氮、硫共掺杂给电极材料本身提供了较多的活性位点，有利于离子、电子的传输；经纺丝、氨化即可获得该材料，实验过程操作简单，条件可控，结构稳定好；作为钾离子电池负极材料表现出较优异的储钾性能，在在100 mA/g电流密度下充放电循环30次比容量稳定在208.9 mAh/g，库伦效率达90%，表现出较优越的电化学性能。

主权项

1.一种氮硫共掺杂VN/CNF钾离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：1) 对动物毛发进行处理，得到氮硫前驱体；具体包括：用适量丙酮将毛发用超声清洗干净，并将毛发剪碎成碎毛发，碎毛发倒入反应釜内衬，加入氨水，碎毛发与氨水的质量比为1：10‑20%；在90‑150 ^oC下微波水热消解反应 0.5‑1个小时；水热降解得到的溶液在冻干机中‑40 ^oC冷冻干燥，用研钵研磨得到固体粉末状的多肽，作为氮硫前驱体；2）将一定质量分数的聚丙烯腈（PAN）和乙酰丙酮氧钒（VO(acac)₂）溶解在N,N—二甲基甲酰胺中，配制成一定浓度的PAN/VO(acac)₂悬浮液；3）将一定比例步骤1）制得的氮硫前驱体加入到上述悬浮溶液中，加热搅拌配制成均匀纺丝溶液，待用；4）取步骤3）制得的纺丝溶液于注射器中，设置纺丝电压15~25 kv、推流速率0.1~1 mL/h、接收距离10~18 cm、温度40 ~90 ^oC，通过静电纺丝制得氮硫掺杂PAN/VO(acac)₂复合纤维；5）将上述的复合纤维置于管式炉中，在NH₃气氛下，采用逐步升温煅烧得到氮硫共掺杂的碳纳米纤维（VN/CNF）复合材料；6) 将氮硫共掺杂的VN/CNF复合材料作为钾离子电池负极，测试其电化学性能。