弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法和弹性陶瓷纳米纤维气凝胶及应用技术

本发明专利技术提供了一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法和弹性陶瓷纳米纤维气凝胶及应用，涉及能源材料技术领域，所述制备方法包括如下步骤：先制备得到陶瓷纳米纤维膜，再将陶瓷纳米纤维膜和粘结剂混合，去除溶剂，得到弹性陶瓷纳米纤维气凝胶，缓解了现有粒子型LLTO或LLZO和纳米线型LLTO或LLZO无法满足能源材料要求的技术问题，本发明专利技术提供的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法工艺简单，原料适应性广，能够有效降低制备成本，制备得到的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶具有结构可控的三维互联网络，独特的柔韧性和弹性，较大的比面积和低的体积密度，能够满足能源材料的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法和弹性陶瓷纳米纤维气凝胶及应用
本专利技术涉及能源材料
，尤其是涉及一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法和弹性陶瓷纳米纤维气凝胶及应用。
技术介绍
随着智能可穿戴及便捷式电子设备的出现与发展，开发具有高填充密度、功率密度和能量密度的新型能源材料成为目前本领域内的研究热点，同时对新型能源材料应用于储能器件中的安全性、可靠性、柔韧性等提出了更高的要求。无机陶瓷材料因其化学性质以及电化学性质稳定、安全性能好、电导率高、高温适应性好而多用于储能元件中，LLTO(Li3xLa3/2-xTiO3)和LLZO(Li7La3Zr2O12)都是性能优异的无机陶瓷材料，其中LLTO是一种钙钛矿型陶瓷材料，LLZO是一种石榴石型陶瓷材料。目前，LLTO、LLZO多为粒子型和一维纳米线结构存在，现有常常通过固相反应法和溶胶凝胶法合成致密型陶瓷LLTO、LLZO颗粒材料；通过静电纺丝分别合成了LLTO、LLZO纳米线，添加至聚合物电解质以降低聚合物结晶度、提高室温离子电导率和长期结构稳定性。但上述方法合成的LLTO、LLZO材料在实际应用中面临着许多问题，粒子型结构的材料容易大量团聚且不连续，会降低其室温离子电导率；纳米线是一维连续，只能在一个方向上进行离子传输而不足以满足商业化要求。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，以缓解了现有的粒子型LLTO或LLZO容易大量团聚且不连续，纳米线型LLTO或LLZO只能在一个方向上进行离子传输而不足以满足商业化要求的技术问题。本专利技术提供的弹性陶瓷纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：(a)将聚合物、锂源、镧源、钛源或锆源溶解于第一溶剂中，得到前驱体溶液；(b)将前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；(c)将前驱体纳米纤维膜煅烧，得到陶瓷纳米纤维膜；(d)将陶瓷纳米纤维膜分散在第二溶剂中，得到陶瓷纳米纤维膜分散液，在陶瓷纳米纤维膜分散液中加入粘结剂，并固化成型，得到陶瓷纳米纤维膜分散液固化体；(e)将陶瓷纳米纤维膜分散液固化体中的第二溶剂去除，得到陶瓷纳米纤维气凝胶。进一步的，所述粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂；优选地，所述有机粘结剂包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚醋酸乙烯中的至少一种；优选地，所述无机粘结剂包括硅溶胶。进一步的，所述锂源中锂原子、所述镧源中镧原子和所述钛源中钛原子的摩尔比为0.12-0.51:0.50-0.63:0.8-1.2；和/或，所述锂源中锂原子、所述镧源中镧原子和所述锆源中锆原子的摩尔比为6-8:2-4:2，优选为7:3:2。进一步的，所述聚合物选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；和/或，所述第一溶剂和所述第二溶剂均各自独立地选自水、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、乙酰丙酮，冰乙酸和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。进一步的，所述锂源选自碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氢氧化锂和氯化锂中的至少一种；和/或，所述镧源选自碳酸镧、醋酸镧、硫酸镧、硝酸镧、乙酰丙酮镧、氢氧化镧和氯化镧中的至少一种；和/或，所述钛源选自三氯化钛、四氯化钛、硫酸氧钛、乙酰丙酮氧钛、钛酸异丙酯、钛酸四丁酯和钛酸四乙酯中的至少一种；和/或，所述锆源选自乙酸锆、硝酸锆、氯化锆、硝酸氧锆、碳酸氢锆和氢氧化锆中的至少一种。进一步的，在步骤(b)中，采用静电纺丝设备进行静电纺丝，静电纺丝的参数为：湿度20％-70％，灌注速度0.1-10mL/h，电压8-50kV，接收装置与喷丝口间的距离10-30cm；和/或，在步骤(c)中，煅烧时，煅烧温度从室温逐步升高至600-1000℃，升温速率为0.5-10℃/min，并保温0-480min；和/或，在步骤(d)中，采用打浆法将陶瓷纳米纤维膜分散在第二溶剂中，打浆速度为8000-15000rpm。进一步的，在步骤(d)中，所述固化成型选自冷冻固化成型、溶胶固化成型和凝胶固化成型中的至少一种；和/或，在步骤(e)中，采用干燥去除第二溶剂，所述干燥选自常压干燥、超临界干燥、冷冻干燥、减压干燥、真空干燥、红外干燥和喷雾干燥中的至少一种。进一步的，在步骤(e)中，将第二溶剂去除后进行粘结强化处理，以提高粘结剂和陶瓷纳米纤维膜的粘结强度；优选地，所述粘结强化处理选自辐射处理、高温处理、紫外辐照处理、微波处理和超声处理中的至少一种。本专利技术的目的之二在于提供一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶，根据本专利技术提供的制备方法得到，优选地，所述弹性陶瓷纳米纤维气凝胶体积密度为0.9-450mg/cm3，比表面积0.1-1500m2/g。本专利技术的目的之三在于提供根据上述制备方法得到的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶或根据本专利技术提供的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶在能源领域中的应用。本专利技术提供的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法工艺简单，原料适应性广，能够有效降低制备成本，制备得到的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶不仅具有结构可控的三维互联网络，独特的柔韧性和弹性，而且具有较大的比面积，有助于提高电化学活性面积和催化活性面积，应用于储能器件中，还能有效提高储能器件的填充密度、功率密度和能量密度，同时还具有低的体积密度，能够显著提高介质传输效率，从而提高其光响应和电响应等性能，在传感器方面具有潜在应用。本专利技术的提供的弹性陶瓷纳米纤维气凝胶不仅具有结构可控的三维互联网络，独特的柔韧性和弹性，而且具有较大的比面积，有助于提高电化学活性面积和催化活性面积，应用于储能器件中，还能有效提高储能器件的填充密度、功率密度和能量密度，同时还具有低的体积密度，能够显著提高介质传输效率，从而提高其光响应和电响应等性能，在传感器方面具有潜在应用。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的LLTO陶瓷纳米纤维气凝胶和实施例6提供的LLZO陶瓷纳米纤维气凝胶的实物图；图2为本专利技术实施例1提供的LLTO陶瓷纳米纤维气凝胶的XRD图；图3为本专利技术实施例6提供的LLZO陶瓷纳米纤维气凝胶的XRD图；图4为实施例1提供的LLTO陶瓷纳米纤维气凝胶的SEM图；图5为实施例6提供的LLZO陶瓷纳米纤维气凝胶的SEM图；图6为实施例1提供的LLTO陶瓷纳米纤维气凝胶的TEM图。具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，包括如下步骤：(a)将聚合物、锂源、镧源、钛源或锆源溶解于第一溶剂中，得到前驱体溶液；(b)将前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；(c)将前驱体纳米纤维膜煅烧，得到陶瓷纳米纤维膜；(d)将陶瓷纳米纤维膜分散在第二溶剂中，得到陶瓷纳米纤维膜分散液，在陶瓷纳米纤维膜分散液中加入粘结剂，并固化成型，得到陶瓷纳米纤维膜分散液固化体；(e)将陶瓷纳米纤维膜分散液固化体中的第二溶剂去除，得到陶瓷纳米纤维气凝胶。气凝胶作为一种密度低、孔隙率高、比表面积大、导热系数低、高弹性模量的超轻质材料，与LLTO和/或LLZO纳米纤维结合后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将聚合物、锂源、镧源、钛源或锆源溶解于第一溶剂中，得到前驱体溶液；(b)将前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；(c)将前驱体纳米纤维膜煅烧，得到陶瓷纳米纤维膜；(d)将陶瓷纳米纤维膜分散在第二溶剂中，得到陶瓷纳米纤维膜分散液，在陶瓷纳米纤维膜分散液中加入粘结剂，并固化成型，得到陶瓷纳米纤维膜分散液固化体；(e)将陶瓷纳米纤维膜分散液固化体中的第二溶剂去除，得到陶瓷纳米纤维气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种弹性陶瓷纳米纤维气凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将聚合物、锂源、镧源、钛源或锆源溶解于第一溶剂中，得到前驱体溶液；(b)将前驱体溶液进行静电纺丝，得到前驱体纳米纤维膜；(c)将前驱体纳米纤维膜煅烧，得到陶瓷纳米纤维膜；(d)将陶瓷纳米纤维膜分散在第二溶剂中，得到陶瓷纳米纤维膜分散液，在陶瓷纳米纤维膜分散液中加入粘结剂，并固化成型，得到陶瓷纳米纤维膜分散液固化体；(e)将陶瓷纳米纤维膜分散液固化体中的第二溶剂去除，得到陶瓷纳米纤维气凝胶。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂；优选地，所述有机粘结剂包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚醋酸乙烯中的至少一种；优选地，所述无机粘结剂包括硅溶胶。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源中锂原子、所述镧源中镧原子和所述钛源中钛原子的摩尔比为0.12-0.51:0.50-0.63:0.8-1.2；和/或，所述锂源中锂原子、所述镧源中镧原子和所述锆源中锆原子的摩尔比为6-8:2-4:2，优选为7:3:2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物选自聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；和/或，所述第一溶剂和所述第二溶剂均各自独立地选自水、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、乙酰丙酮，冰乙酸和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂源选自碳酸锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氢氧化锂和氯化锂中的至少一种；和/或，所述镧源选自碳酸镧、醋酸镧、硫酸镧、硝酸镧、乙酰丙酮镧、氢氧化镧和氯化镧中的至少一种；和/或，所述钛源选自三氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫建华，赖毅梅，蔡伟萍，贾永堂，丁彬，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44