[0027] 应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并非因此限制本发明的专利范围。
[0028] 实施例1:
[0029] (1)剑麻纤维基三维碳纳米片的制备:将洗净干燥的剑麻纤维称取3g放入100mL水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中,加入70mL浓度为1.5mol/L的NaOH溶液,套上钢制外壳拧紧后,放入恒温烘箱,在160℃下恒温加热14小时自然冷却后拿出,取出内胆中的固体物质,用去离子水将固体物质洗至中性后,放入恒温鼓风烘箱中在60℃恒温条件下进行烘干处理12小时,获得干燥的白色絮状单纤维。
[0030] (2)称取4.5g固体KOH用150mL去离子水配成溶液,加入3g步骤(1)所得单纤维,在电动搅拌器下快速搅拌60分钟,放入鼓风烘箱中在80℃下恒温干燥至水分蒸发完,得到 KOH与单纤维的混合物。
[0031] (3)将步骤(2)得到的KOH与单纤维的混合物放入管式气氛炉中在40mL/min流速的氮气保护下,以2℃/min的升温速率升温至400℃并保温3小时后,再以2℃/min的升温速率升温至800℃并保温1小时,自然冷却后取出,在玛瑙研钵研磨粉化后,用足量的浓度为3 mol/L的盐酸洗涤1次,再用去离子水洗至中性,然后放入恒温鼓风烘箱中在60℃下进行烘干处理,即获得剑麻纤维基三维碳纳米片(参考申请号为201710125304.4名称为“剑麻纤维基氮、硫共掺杂类石墨烯碳材料及制备方法”的中国专利)。
[0032] (4)配置溶液:将0.1g步骤(3)所得剑麻纤维基三维碳纳米片、0.02g三氧化钼(MoO3) 和0.08g二硫代氨基甲酸铵(CH6N2S2)加入到70mL去离子水中,在磁力搅拌器上快速搅拌20分钟,此混合液记为A混合液。
[0033] (5)水热反应:将A混合液转入到不锈钢反应釜中在120℃反应12小时,反应结束后滤出黑色产物,并用去离子水和无水乙醇各洗3次,放入鼓风烘箱中在80℃下烘干,得到产物B。
[0034] (6)热处理:将产物B放入管式气氛炉中在流速为40mL/min的N2保护下以1℃/min 的速率从常温升到800℃,并保温1小时的加热程序进行热处理,待自然冷却后取出,得到产物C。
[0035] (7)包覆导电聚苯胺:称取50mg的产物C放入三口烧瓶,加入70mL浓度为0.5mol/L 的H2SO4溶液,磁力搅拌15分钟让产物C分散,再加入0.015mL分析纯苯胺,磁力搅拌2小时后,称取0.0375g过硫酸铵并溶于10mL浓度为0.5mol/L的H2SO4中,然后慢慢滴入体系中,25℃下搅拌12小时后,滤出绿色产物并用去离子水和无水乙醇各洗三次后,将产物放入真空干燥箱中在60℃下干燥10小时,得到剑麻纤维基三维碳纳米片/二硫化钼/聚苯多级结构材料。
[0036] (8)制作极片:将步骤(7)所得的负极材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按照8:1:1 的质量比称量好,加入氮甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,搅拌至形成均匀的粘度适中的浆料后,均匀涂抹在厚度为5μm的铜箔上,置于鼓风干燥箱中60℃恒温干燥10小时,再置于真空干燥箱中110℃恒温干燥12小时。待自然冷却至常温后取出,利用冲片机冲成直径为16mm 的圆片。
[0037] (9)电池组装:以锂片为参比电极和对电极,步骤(8)得到的圆形极片为工作电极,微孔聚丙烯膜为隔膜,1mol/L的LiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)+DEC(碳酸二乙酯)作为电解液(电解液中的LiPF6为溶质,溶剂EC+DMC+DEC的体积比为1:1:1),在充满高纯氩气的手套箱中组装成LIR2025型纽扣半电池,并进行封口。
[0038] (10)电池测试:将步骤(9)组装好的电池放置12小时后进行电化学测试。实验锂离子电池的循环测试是在室温下电池测试仪(BTS-10mA,深圳新威尔多科技有限公司)上完成,电压范围0.01~3V。
[0039] 上述所得的剑麻纤维基三维碳纳米片/MoS2/聚苯胺多级结构材料,在剑麻纤维基三维碳纳米片骨架上生长有少量MoS2,并在表面包覆有导电聚苯胺。当做为锂离子电池负极材料,在500mA/g电流密度下,经过30次循环可逆容量稳定在495mAh/g。
[0040] 实施例2:
[0041] (1)剑麻纤维基三维碳纳米片的制备:将洗净干燥的剑麻纤维称取5g放入100mL水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中,加入70mL浓度为2.5mol/L的KOH溶液,套上钢制外壳拧紧后,放入恒温烘箱,在160℃下恒温加热14小时自然冷却后拿出,取出内胆中的固体物质,用去离子水将固体物质洗至中性后,放入恒温鼓风烘箱中在60℃恒温条件下进行烘干处理12 小时,获得干燥的白色絮状单纤维。
[0042] (2)称取7.5g固体KOH用150mL去离子水配成溶液,加入3g步骤(1)所得单纤维,在电动搅拌器下快速搅拌60分钟,放入鼓风烘箱中在80℃下恒温干燥至水分蒸发完,得到 KOH与单纤维的混合物。
[0043] (3)将步骤(2)得到的KOH与单纤维的混合物放入管式气氛炉中在50mL/min流速的氮气保护下,以3℃/min的升温速率升温至500℃并保温3小时后,再以3℃/min的升温速率升温至850℃并保温1小时,自然冷却后取出,在玛瑙研钵研磨粉化后,用足量的3mol/L的盐酸洗涤1次,再用去离子水洗至中性,然后放入恒温鼓风烘箱中在60℃下进行烘干处理,即获得剑麻纤维基三维碳纳米片。
[0044] (4)配置溶液:将0.1g步骤(3)所得的剑麻纤维基三维碳纳米片、0.08g三氧化钼 (MoO3)和0.015g二硫代氨基甲酸铵(CH6N2S2)加入到70mL去离子水中,在磁力搅拌器上快速搅拌30分钟,此混合液记为A混合液。
[0045] (5)水热反应:将A混合液转入到不锈钢反应釜中在180℃反应36小时,反应结束后滤出黑色产物,并用去离子水和无水乙醇各洗3次,放入鼓风烘箱中在80℃下烘干,得到产物B。
[0046] (6)热处理:将产物B放入管式气氛炉中在流速为50mL/min的N2保护下以3℃/min 的速率从常温升到800℃,并保温1小时的加热程序进行热处理,待自然冷却后取出,得到产物C。
[0047] (7)包覆导电聚苯胺:称取50mg的产物C放入三口烧瓶,加入70mL浓度为2mol/L 的H2SO4溶液,磁力搅拌15分钟让产物C分散,再加入0.06mL分析纯苯胺,磁力搅拌2小时后,称取0.075g过硫酸铵并溶于10mL浓度为2mol/L的H2SO4中,然后慢慢滴入体系中, 25℃下搅拌12小时后,滤出绿色产物并用去离子水和无水乙醇各洗三次后,将产物放入真空干燥箱中在60℃下干燥10小时,得到剑麻纤维基三维碳纳米片/二硫化钼/聚苯胺多级结构材料。
[0048] (8)制作极片:将步骤(7)所得的剑麻纤维基三维碳纳米片/MoS2/聚苯胺多级结构材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按照8:1:1的质量比称量好,加入氮甲基吡咯烷酮(NMP) 作溶剂,搅拌至形成均匀的粘度适中的浆料后,均匀涂抹在厚度为5~20μm的铜箔上,置于鼓风干燥箱中60℃恒温干燥10小时,再置于真空干燥箱中110℃恒温干燥12小时。待自然冷却至常温后取出,利用冲片机冲成直径为16mm的圆片。
[0049] (9)电池组装:以锂片为参比电极和对电极,步骤(8)得到的圆形极片为工作电极,微孔聚丙烯膜为隔膜,1mol/L的LiPF6/EC(碳酸乙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)+DEC(碳酸二乙酯)作为电解液(电解液中的LiPF6为溶质,溶剂EC+DMC+DEC的体积比为1:1:1),在充满高纯氩气的手套箱中组装成LIR2025型纽扣半电池,并进行封口。
[0050] (10)电池测试:将步骤(9)组装好的电池放置12小时后进行电化学测试。实验锂离子电池的循环测试是在室温下电池测试仪(BTS-10mA,深圳新威尔多科技有限公司)上完成,电压范围0.01~3V。
[0051] 对上述所得剑麻纤维基三维碳纳米片/MoS2/聚苯胺多级结构材料进行形貌和结构表征。从扫描电子显微镜(附图1的 ( a) )图中可以看出此材料为多级结构材料,放大观察(附图1的 ( b) )可看到表面包覆的导电聚苯胺;从透射电子显微镜图(附图1的 ( c) )中可以看到此材料整体呈现一种透明的状态,表明此材料整体较薄,而高分辨透射电子显微镜(附图1的 ( d) )图中可以观察到晶面间距分别为0.27nm,0.22nm,0.18nm的晶面,它们分别对应MoS2的(100),(103), (105)晶面(JCPDS no.75-1539);而没有观察到MoS2的(002)晶面是由于导电聚苯胺的包覆所致。从X射线粉末衍射曲线(附图2)图中可以看到此种材料含有3种材料的衍射峰,其中14.12°,32.92°和58.76°处的衍射峰分别对应MoS2的(002),(100)和(110)晶面;24°左右的宽峰是归属于剑麻纤维基三维碳纳米片的衍射峰;而20°和25°的峰属于导电聚苯胺 (020)和(200)晶面的衍射峰;这些结果表明此种材料是由3种较纯的物相组成的复合材料。
[0052] 对上述所得剑麻纤维基三维碳纳米片/MoS2/聚苯胺多级结构材料进行电化学性能表征。从倍率性能曲线(附图3)中可以看到当电流密度分别为0.1,0.3,0.5,1.0,2.0,3.0和5.0 A/g时,电极的可逆容量分别为673,626,579,534,451,406和349mAh/g,当电流密度再次回到0.1A/g时,可逆容量也回到684mAh/g,表明材料具有较好的倍率性能和循环稳定性。从恒流充放电曲线(附图4)中可以看到在2A/g电流密度下,经过400次循环后可逆容量保持在583mAh/g。
[0053] 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明。属于本领域的普通技术人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。