一种柔性导电碳纳米纤维膜及其制备方法和应用.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CN113622090A(43)申请公布日2021.11.09(21)申请号202111083936.1(22)申请日2021.09.14(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人陈元振戴欣吕光军(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人白文佳(51)Int.Cl.D04H1/728(2012.01)D04H1/4242(2012.01)D01F1/10(2006.01)D01F9/12(2006.01)D01D5/00(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图3页(54)发明名称一种柔性导电碳纳米纤维膜及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种柔性导电碳纳米纤维膜及其制备方法和应用，所述柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法包括以下步骤：将造孔剂和聚合物碳源溶解于预选定的溶剂中，获得前驱体溶液；基于所述前驱体溶液，利用静电纺丝技术制备获得前驱体纤维膜；对所述前驱体纤维膜进行预氧化和碳化处理，制备获得柔性导电碳纳米纤维膜；其中，所述造孔剂为尿素、碳酸氢铵和硫脲中的一种或多种。本发明可制备出纤维连续的碳纤维膜(示例性的，直径可控制在200～500纳米，长度在50‑80厘米)；所制备的碳纤维膜具有良好柔性(示例性的，可实现任意角度弯折和揉搓)。CN113622090ACN113622090A权利要求书1/1页1.一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将造孔剂和聚合物碳源溶解于预选定的溶剂中，获得前驱体溶液；基于所述前驱体溶液，利用静电纺丝技术制备获得前驱体纤维膜；对所述前驱体纤维膜进行预氧化和碳化处理，制备获得柔性导电碳纳米纤维膜；其中，所述造孔剂为尿素、碳酸氢铵和硫脲中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物碳源为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的分子量为85000～250000；所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为K88～96。4.根据权利要求1所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水、乙醇、N，N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液的成分按照质量份数计，溶剂100份、高分子聚合物10～16份、造孔剂1～9份。6.根据权利要求1所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述基于所述前驱体溶液，利用静电纺丝技术制备获得前驱体纤维膜的步骤具体包括：将所述前驱体溶液转移至静电纺丝设备中，设置直流高压发生器的电压为10～20kV，纤维收集设备距离给料针10～20cm，给料速度为0.5～2mLh‑1。7.根据权利要求1所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述对所述前驱体纤维膜进行预氧化和碳化处理，制备获得柔性导电碳纳米纤维膜的过程中，预氧化处理的保温温度为200～300℃，保温时间为0.5～2h；碳化处理的保温温度为700～1000℃，保温时间为1～3h。8.一种权利要求1至7中任一项所述的制备方法制备获得的柔性导电碳纳米纤维膜。9.根据权利要求8所述的一种柔性导电碳纳米纤维膜，其特征在于，碳纤维直径为200～500nm，纤维长度为50～80cm。10.一种权利要求8所述的柔性导电碳纳米纤维膜的应用，其特征在于，用于锂离子电池、超级电容器或燃料电池。2CN113622090A说明书1/8页一种柔性导电碳纳米纤维膜及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于新型碳材料及其制备技术领域，特别涉及一种柔性导电碳纳米纤维膜及其制备方法和应用。背景技术[0002]社会科技水平的高速发展往往伴随着对能源的急剧需求，因此而引发的对化石能源的大量开采和利用导致了大气中二氧化碳等温室气体水平急速上升，继而对自然环境造成难以估量的损失和破坏。因此，发展清洁能源非常必要，其能够减缓因对化石能源的开采造成的环境污染问题。[0003]近年来，太阳能、风能、潮汐能等清洁能源得到巨大发展，但由于这些清洁能源具有间歇性和不可控性，不能平稳并入电网。因此，储能系统对稳定新能源系统起到必不可少的作用。[0004]碳纤维材料由于具有优异的力学性能和化学稳定性自问世便备受瞩目；此外，良好的导电性和形貌的多样性开拓了其在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等新能源储能领域的应用前景。目前，商业化的碳纸主要通过湿法造纸制备，即将合适长度的碳纤维浆料均匀分散，碳纤维之间通过化学胶粘剂进