红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料及其应用.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CN109428082A(43)申请公布日2019.03.05(21)申请号201710775642.2(22)申请日2017.08.31(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人封伟杨洪宇李瑀曹宇王伟哲(74)专利代理机构天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙)12214代理人王秀奎(51)Int.Cl.H01M4/66(2006.01)H01M4/70(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料及其应用(57)摘要本发明公开红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料及其应用，采用细菌纤维素水凝胶为原料，利用冷冻干燥方法制备细菌纤维素气凝胶，再进行加热保温得到碳化细菌纤维素气凝胶；将冻干得到的细菌纤维素气凝胶夹在两片石英片之间，置于管式炉中，在氩氢混合气的保护下阶梯式加热、保温得到细菌纤维素基碳纤维薄膜，与红磷共同放置于反应釜中在氩气保护条件下阶梯式加热，恒温，自然冷却，制得的复合薄膜经二硫化碳、无水乙醇洗涤，得到红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑电极材料。在本发明中红磷附着在细菌纤维素表面及嵌入细菌纤维素基碳纤维的纤维束之间；复合材料具有较好的自支撑性能。本发明的所用到的红磷、细菌纤维素、液氮廉价易得，可宏量生产，获得的自支撑电极材料经测试具有较好的倍率性能。CN109428082ACN109428082A权利要求书1/2页1.红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其特征在于，以细菌纤维素水凝胶冻干得到细菌纤维素气凝胶，再将细菌纤维素气凝胶置于石英片之间且在惰性保护气体和氢气的混合气氛下进行第一次阶梯式加热保温得到细菌纤维素基碳纤维薄膜，然后与红磷置于反应釜中在惰性保护气体条件下进行第二次阶梯式加热保温，得到红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其中红磷附着在细菌纤维素表面及嵌入细菌纤维素基碳纤维的纤维束之间；在进行第一次阶梯式加热保温时，惰性保护气体和氢气的体积比为10:1～6:1，自室温20—25摄氏度以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度300～400℃，保温1—2h，再以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度600～1000℃，保温时间为1～2h，后自然冷却至室温20—25摄氏度；在进行第二次阶梯式加热保温时，细菌纤维素基碳纤维薄膜与红磷的投料质量比为1：(60—100)；自室温20—25摄氏度以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至400～500℃，恒温12～24h，以每分钟5—10摄氏度的降温速度降温至250～300℃，恒温时间为12～24h，最后自然冷却至室温20—25摄氏度。2.根据权利要求1所述的红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其特征在于，惰性保护气体为氩气、氮气或者氦气。3.根据权利要求1所述的红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其特征在于，将细菌纤维素水凝胶用去离子水洗涤至中性，切成小块，液氮冷冻，冷冻完毕后置于冻干机中冻干。4.根据权利要求1所述的红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其特征在于，在进行第一次阶梯式加热保温时，惰性保护气体和氢气的体积比为(8—10)：1；自室温20—25摄氏度以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度350—400摄氏度，保温1—2h，再以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度700—800摄氏度，保温时间为1～2h，后自然冷却至室温20—25摄氏度。5.根据权利要求1所述的红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其特征在于，在进行第二次阶梯式加热保温时，细菌纤维素基碳纤维薄膜与红磷的投料质量比为1：(60—80)；自室温20—25摄氏度以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至450—500摄氏度，恒温12～24h，以每分钟5—10摄氏度的降温速度降温至250～300℃，恒温时间为12～24h，最后自然冷却至室温20—25摄氏度。6.红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料的制备方法，其特征在于，以细菌纤维素水凝胶冻干得到细菌纤维素气凝胶，再将细菌纤维素气凝胶置于石英片之间且在惰性保护气体和氢气的混合气氛下进行第一次阶梯式加热保温得到细菌纤维素基碳纤维薄膜，然后与红磷置于反应釜中在惰性保护气体条件下进行第二次阶梯式加热保温，得到红磷-细菌纤维素基碳纤维自支撑材料，其中红磷附着在细菌纤维素表面及嵌入细菌纤维素基碳纤维的纤维束之间；在进行第一次阶梯式加热保温时，惰性保护气体和氢气的体积比为10:1～6:1，自室温20—25摄氏度以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度300～400℃，保温1—2h，再以每分钟5—10摄氏度的升温速度升温至加热温度600～1000℃，