一种纳米碳纤维复合材料及其制备方法与应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113506862A(43)申请公布日2021.10.15(21)申请号202110621648.0(22)申请日2021.06.01(71)申请人广东工业大学地址510000广东省广州市东风东路729号(72)发明人刘全兵刘桂峥石凯祥洪芸林永显李俊豪曾令才(74)专利代理机构广州三环专利商标代理有限公司44202代理人颜希文(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/13(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称一种纳米碳纤维复合材料及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及一种纳米碳纤维复合材料及其制备方法与应用。本发明采用三岛式同轴静电纺丝法，高成碳率的聚合物溶液作为壳溶液，低成碳收率的聚合物溶液作为芯溶液，且芯溶液分为3份，过渡金属碳化物作为纳米催化剂分散在芯溶液中，经过同轴静电纺丝，制备得到具有芯‑壳结构的三通道碳纤维复合材料，复合材料内部负载具有协同催化作用的过渡金属碳化物。此方法可操作性强，简单环保，制得的三通道纳米碳纤维复合材料可用作锂硫电池的正极，制得的锂硫电池相比于传统锂硫电池，表现出高容量和长循环稳定性。CN113506862ACN113506862A权利要求书1/1页1.一种纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备壳溶液A：将聚丙烯腈溶解到有机溶剂中，制得壳溶液A，所述聚丙烯腈在壳溶液A中的质量百分比为15％‑30％；(2)制备芯溶液：将高分子聚合物溶解到有机溶剂中，得到高分子聚合物溶液，所述高分子聚合物在高分子聚合物溶液中的质量百分比为30％～55％；将所述高分子聚合物溶液等分为三份，得到溶液B、溶液C和溶液D；向溶液B、溶液C和溶液D中分别加入至少一种过渡金属乙酸盐，制得芯溶液B、芯溶液C和芯溶液D；所述聚丙烯腈的数均分子量大于所述高分子聚合物的数均分子量；所述有机溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺或二甲基亚砜；(3)制备纳米纤维复合材料：将所述壳溶液A与所述芯溶液B、芯溶液C、芯溶液D进行同轴静电纺丝，制得芯‑壳纳米纤维；然后将所述芯‑壳纳米纤维进行预氧化、碳化处理，制得所述纳米碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，过渡金属乙酸盐为直径小于150nm的纳米离子；所述过渡金属乙酸盐为乙酸镍、乙酸钴、乙酸锰、乙酸铁、乙酸铜或乙酸钛。3.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，所述芯溶液B、芯溶液C和芯溶液D中，过渡金属乙酸盐的质量百分比均为2.5％～6.5％；所述芯溶液B、芯溶液C和芯溶液D中至少加入两种过渡金属乙酸盐。4.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，聚丙烯腈的数均分子量为10万～25万；所述步骤2中，高分子聚合物的数均分子量为1500～5000，所述高分子聚合物为聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚亚胺酯中至少一种。5.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，同轴静电纺丝电压为9～20Kv，壳溶液A的纺丝速度为0.2～6mL/h，芯溶液B、芯溶液C、芯溶液D的纺丝速度均为0.2～6mL/h，芯溶液B、芯溶液C、芯溶液D与壳溶液A出液量的体积比均为1:2～1:4。6.根据权利要求1所述的纳米碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，预氧化的温度为240～350℃，预氧化的时间为1～3h；碳化处理是在惰性气氛或N2中，碳化处理温度为800～1200℃，碳化处理时间为0.5～3h。7.权利要求1～7中任意一项所述的方法制备的纳米碳纤维复合材料。8.一种锂硫电池正极，其特征在于，所述锂硫电池正极的制备材料包括权利要求7所述的纳米碳纤维复合材料。9.根据权利要求8所述的锂硫电池正极，其特征在于，所述正极的制备过程如下：将所述纳米碳纤维复合材料和单质硫混合加热进行融硫处理，得到负载硫的纳米碳纤维复合材料；然后将所述负载硫的纳米碳纤维复合材料、碳纳米管和粘结剂混合制成浆料；然后将所述浆料涂抹在集流体上，真空干燥，得到所述锂硫电池正极。10.一种锂硫电池，其特征在于，包括权利要求8或9所述的锂硫电池正极。2CN113506862A说明书1/8页一种纳米碳纤维复合材料及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明涉及化学材料技术领域，具体涉及一种纳米碳纤维复合材料及其制备方法与应用。背景技术[0002]化学电池又称为化学电源，是把化学反应产生的能量直接转变为电能的装置。随着科学技术的进步和社会的飞速发展，人们对