循環(huán)50-300次，測試比容量。電池恒流充放電測試電壓范圍為0.0-3.0V。
[0047]所述的電解液的制備方法是將IM六氟磷酸鋰(LiPF6)溶于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(體積比V: V =1:1)的混合溶劑中。
[0048]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果:
[0049]I)本發(fā)明在碳前軀體中加入碳納米管，一次制備形成碳纖維和碳納米管的復(fù)合電極材料，避免碳纖維和碳納米管的二次復(fù)合，簡化了制備工藝，提高了碳納米管在碳纖維中的分散均勻性；
[0050]2)本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)碳前驅(qū)體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，預(yù)氧化和碳化溫度、時(shí)間和碳納米管的加入量等條件得到柔韌度不同的電極材料，滿足鋰離子電池的不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及用途；
[0051]3)本發(fā)明可以調(diào)節(jié)靜電紡絲電壓，推進(jìn)速率，收集距離以及收集器等工藝參數(shù)制備不同直徑的碳纖維/碳納米管，更具有實(shí)用性，易于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)；
[0052]4)本發(fā)明的碳纖維/碳納米管作為鋰離子電池的負(fù)極材料，鋰離子電池的比容量為 1850 ?2459mAh/g。
【附圖說明】
[0053]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的SEM圖。
[0054]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜作為CR2032型扣式電池負(fù)極材料的CR2032型扣式電池的充放電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述和說明。
[0056]實(shí)施例1
[0057]將分子量150000Da的聚丙烯腈加入至有機(jī)溶劑N，N- 二甲基甲酰胺中，加熱至溫度60°C于磁力攪拌下攪拌至聚丙烯腈全部溶解得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)5%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌24小時(shí)，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈/碳納米管，靜電紡絲的參數(shù)設(shè)置如下:施加電壓為15kV，溶液推進(jìn)速度為0.5mL/h，纖維收集距離為15cm，采用平板收集；將得到的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜在空氣氣氛下于溫度280°C下預(yù)氧化3h，接著在氮?dú)鈿夥障掠跍囟?00°C下碳化3h，得到直徑為0.1-0.5 μπι的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜，其形貌如圖1所示。
[0058]將本發(fā)明制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜裁剪成直徑為6?20mm的圓片，在充滿氬氣的手套箱中組裝成CR2032型紐扣電池。
[0059]以金屬鋰片為對(duì)電極，本發(fā)明制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜為負(fù)極，聚丙烯薄膜(Celgard2400)為隔膜，在電解液中，以0.05A/g的電流密度下循環(huán)50次，測試比容量。
[0060]本實(shí)施例制得的電池首次放電容量達(dá)2459mAh/g，50次循環(huán)后比容量為1097.7mAh/g，充放電曲線如圖2所示。
[0061]實(shí)施例2
[0062]將分子量150000Da聚丙烯腈加入至有機(jī)溶劑N，N- 二甲基甲酰胺中，加熱至溫度30°C于磁力攪拌下攪拌至聚丙烯腈全部溶解得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)20%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌30小時(shí)，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈/碳納米管，靜電紡絲的參數(shù)設(shè)置如下:施加電壓為12kV，溶液推進(jìn)速度為0.lmL/h，纖維收集距離為10cm，采用滾筒收集；將得到的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜在氧氣氣氛下于溫度200°C下預(yù)氧化0.5h，接著在氮?dú)鈿夥障掠跍囟?00°C下碳化lh，得到直徑為0.3-2 μπι的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜。
[0063]將本發(fā)明制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜裁剪成直徑為6?20mm的圓片，在充滿氬氣的手套箱中組裝成CR2032型紐扣電池。
[0064]以金屬鋰片為對(duì)電極，本發(fā)明制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜為負(fù)極，聚丙烯薄膜(Celgard2400)為隔膜，在電解液中，以0.lA/g的電流密度下循環(huán)300次，測試比容量。
[0065]本實(shí)施例制得的電池首次放電容量達(dá)1850mAh/g，50次循環(huán)后比容量為640mAh/
g°
[0066]實(shí)施例3
[0067]將分子量150000Da聚丙烯腈加入至有機(jī)溶劑N，N- 二甲基甲酰胺中，加熱至溫度40°C于磁力攪拌下攪拌至聚丙烯腈全部溶解得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)10%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌10小時(shí)，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈/碳納米管，靜電紡絲的參數(shù)設(shè)置如下:施加電壓為20kV，溶液推進(jìn)速度為0.8mL/h，纖維收集距離為20cm，采用滾輪收集；將得到的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜在空氣氣氛下于溫度220°C下預(yù)氧化6h，接著在氮?dú)鈿夥障掠跍囟?00°C下碳化12h，得到直徑為1-5 μπι的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜。
[0068]將本實(shí)施例制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜裁剪成l*3cm的長方形片，在充滿氬氣的手套箱中組裝成軟包電池。
[0069]以金屬鋰片為對(duì)電極，本發(fā)明制得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜為負(fù)極，聚丙烯薄膜(Celgard2400)為隔膜，在電解液中，以0.5A/g的電流密度下循環(huán)100次，測試比容量。
[0070]本實(shí)施例制得的電池首次放電容量達(dá)1930mAh/g，50次循環(huán)后比容量為720mAh/
g°
[0071]本實(shí)施例制得的軟包電池可彎折，并可點(diǎn)亮LED燈。
[0072]對(duì)比例:
[0073]將聚丙烯腈加入至有機(jī)溶劑N，N- 二甲基甲酰胺中，加熱至溫度50°C于磁力攪拌下攪拌至聚丙烯腈全部溶解得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)0%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌0.5小時(shí)，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈，靜電紡絲的參數(shù)設(shè)置如下:施加電壓為25kV，溶液推進(jìn)速度為1.0mL/h，纖維收集距離為25cm，采用鋁絲收集；將得到的聚丙烯腈薄膜在空氣氣氛下于溫度250°C下預(yù)氧化8h，接著在氬氣氣氛下于溫度1100°C下碳化6h，得到直徑為3-10 μπι的碳纖維薄膜。
[0074]將本實(shí)施例制得的碳纖維薄膜裁剪成l*5cm的長方形條，將數(shù)根此長方形條卷成一條線，以金屬鋰片為對(duì)電極，本發(fā)明制得的碳纖維薄膜為負(fù)極，聚丙烯薄膜(Celgard2400)為隔膜，在電解液中，卷成電纜狀的電池，以5A/g的電流密度下循環(huán)500次，測試比容量。
[0075]本實(shí)施例制得的電池首次放電容量達(dá)300mAh/g，50次循環(huán)后比容量為200mAh/g。
[0076]盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開的原則范圍和精神之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于該制備方法包括以下步驟: 步驟A:聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜的制備 將聚丙烯腈加入有機(jī)溶劑N，N-二甲基甲酰胺中，加熱至溫度30?60°C，攪拌至聚丙烯腈全部溶解，配置得質(zhì)量分?jǐn)?shù)7?12%的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)O?20%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜； 步驟B:聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜的預(yù)氧化和碳化將步驟A的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜在溫度200?300°C下預(yù)氧化0.5?8h，接著在溫度600?1100°C下碳化I?12h，得到所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于所述的聚丙烯腈的分子量為20000?150000Da。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于將聚丙烯腈重量計(jì)O?20%的碳納米管加入聚丙烯腈溶液后的攪拌時(shí)間為0.5?30h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于所述的靜電紡絲的參數(shù)設(shè)置如下:電壓，12?25KV ;溶液推進(jìn)速度，0.1?lmL/h ;纖維收集距離，10?25cm ;纖維收集的方式為平板收集、滾筒收集、滾輪收集或鋁絲收集。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于所述的預(yù)氧化是在氧氣或空氣的氣氛下進(jìn)行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法，其特征在于所述的碳化是在氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣、氪氣或氙氣的氣氛下進(jìn)行。7.一種由權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜的制備方法制備而得的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜，其特征在于碳納米管均勻的嵌在碳纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，碳纖維的直徑為0.1?10 μ m。8.—種鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于將權(quán)利要求7所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜裁剪后作為鋰離子電池負(fù)極材料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜裁剪后的形狀為圓片、圓環(huán)、長方形、正方形或電纜型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳纖維/碳納米管復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法包括以下步驟：將聚丙烯腈加入有機(jī)溶劑N,N-二甲基甲酰胺中，加熱至溫度30～60℃，攪拌至聚丙烯腈全部溶解，配置得質(zhì)量分?jǐn)?shù)7～12％的聚丙烯腈溶液；隨后將聚丙烯腈重量計(jì)0～20％的碳納米管加入聚丙烯腈溶液中，繼續(xù)攪拌，接著將該溶液靜電紡絲得到所述的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜；將聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合膜在溫度200～300℃下預(yù)氧化0.5～8h，接著在溫度600～1100℃下碳化1～12h，得到所述的碳纖維/碳納米管復(fù)合膜。本發(fā)明的碳纖維/碳納米管作為鋰離子電池的負(fù)極材料，鋰離子電池的比容量為1850～2459mAh/g。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M4/583, H01M4/1393, H01M4/133
【公開號(hào)】CN104882588
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510308966
【發(fā)明人】王斌, 程建麗, 黃玲
【申請(qǐng)人】中國工程物理研究院化工材料研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月8日