纤维素基炭纤维、制备方法及其用于制备电极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素基炭纤维、制备方法及其用于制备电极材料的方法，属于生物质纤维素基炭材料制备技术领域，所述方法包括：制备前躯体：按预设比例将催化剂溶解于水中，加入纤维素原料，加热至沸腾并维持沸腾状态下将水蒸干，烘干，得到前驱体；碳化催化石墨化处理：将所述前驱体在惰性气氛下焙烧进行碳化催化石墨化处理，得到内含金属单质的纤维素基炭纤维复合材料；去除杂质：用盐酸反复清洗所述纤维素基炭纤维复合材料，去除纤维素基炭纤维复合材料中的金属单质，再烘干，得到纤维素基炭纤维。本发明专利技术采用自然界的纤维素为原料，实现炭纤维和锂离子电池的可持续性。

Cellulose based carbon fiber, process for producing the same and method for preparing electrode material

The invention discloses a method for cellulose based carbon fiber, preparation method and its use for the preparation of electrode materials, which belongs to the technical field of the preparation of biomass cellulose based carbon materials, the method comprises the following steps: preparation of the precursor: according to the preset ratio of the catalyst is dissolved in water, adding cellulose raw material, heated to boiling and keep boiling under the condition of water evaporation, and drying to obtain the precursor carbonization; catalytic graphitization treatment: the precursor under inert atmosphere calcination carbonation catalytic graphitization, obtained cellulose based carbon fiber composites containing metal elements; removing impurities: repeated cleaning the cellulose based carbon fiber composite material with hydrochloric acid the removal of metals, cellulose based carbon fiber composites in baking, to obtain cellulose based carbon fiber. The invention adopts the cellulose from nature as the raw material to realize the sustainability of the carbon fiber and the lithium ion battery.

【技术实现步骤摘要】
纤维素基炭纤维、制备方法及其用于制备电极材料的方法
本专利技术涉及生物质纤维素基碳材料的制备
，特别涉及一种纤维素基炭纤维、制备方法及其用于制备电极材料的方法。
技术介绍
炭材料是锂离子电池负极材料的主流。为了继续提高锂离子电池的性能，新型负极材料成为研发热点，其中纤维状炭材料得到了广泛的研究。比较于块体和粉体炭材料，纤维状炭材料作为锂离子电池负极，具有以下优势：一是纤维状炭材料易制备成膜及形成自支撑三维结构，可直接用做电极，且作为电极材料在内部形成三维导电网络，无需导电剂和相对更少的黏结剂，提高电极材料导电性，优化电极材料电化学性能，从而既提高电极材料能量密度，也可简化电极制备工序；二是纤维状炭材料赋予电极材料大的比表面积，可有效缩短锂离子传输距离，且在电池充放电过程中，为离子反应提供更大的电解质/电极界面，从而提高电极材料功率。炭纤维在早期时，因成本和性能缺乏竞争力，使得其在锂离子电池负极材料中的应用受到了制约。目前比较受关注的纤维状炭材料包括聚丙烯腈(PAN)基炭纤维、中间相沥青基炭纤维、酚醛树脂炭纤维、气相生长炭纤维及近来研发的电纺丝技术制备的纳米炭纤维和炭纳米管等。上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素基炭纤维制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、制备前躯体：按预设比例将催化剂溶解于水中，加入纤维素原料，加热至沸腾并维持沸腾状态下将水蒸干，烘干，得到前驱体；S102、碳化催化石墨化处理：将所述前驱体在惰性气氛下焙烧进行碳化催化石墨化处理，得到内含金属单质的纤维素基炭纤维复合材料；S103、去除杂质：用盐酸反复清洗所述纤维素基炭纤维复合材料，去除纤维素基炭纤维复合材料中的金属单质，再烘干，得到纤维素基炭纤维。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素基炭纤维制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、制备前躯体：按预设比例将催化剂溶解于水中，加入纤维素原料，加热至沸腾并维持沸腾状态下将水蒸干，烘干，得到前驱体；S102、碳化催化石墨化处理：将所述前驱体在惰性气氛下焙烧进行碳化催化石墨化处理，得到内含金属单质的纤维素基炭纤维复合材料；S103、去除杂质：用盐酸反复清洗所述纤维素基炭纤维复合材料，去除纤维素基炭纤维复合材料中的金属单质，再烘干，得到纤维素基炭纤维。2.根据权利要求1所述的纤维素基炭纤维制备方法，其特征在于，所述方法使用催化剂使纤维素原料在保留天然纤维形貌下直接碳化成纤维素基炭纤维，所述纤维素基炭纤维的纤维轴直径为5~15μm，长径比为3~500，比表面积为80m2/g~1000m2/g，孔隙率20%~70%，纤维表面和内部含有大量的孔洞，孔径为2~500nm。3.根据权利要求1所述的纤维素基炭纤维制备方法，其特征在于，所述步骤S101之前还包括如下步骤：S100、纤维素原料制备：从植物上取富含纤维素的材料作为原料，将该原料进行清洗、碱煮、打浆制纤、水洗至中性、烘干，得到纤维素原料。4.根据权利要求1所述的纤维素基炭纤维制备方法，其特征在于，步骤S101制备前躯体中，所述催化剂包含有机铁盐、有机钴盐、有机镍盐；其中，所述有机铁盐与所述纤维素原料的质量比为0.47:1~0.009:1，所述有机钴盐与所述纤维素原料的质量比为0.5:1~0.01:1，所述有机镍盐与所述纤维素原...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹周澜，张东材，郭华军，李新海，王志兴，丁治英，王接喜，杨哲伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43