一种C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种复合碳纳米纤维膜，特别涉及C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜、制备方法及其应用，属于储能体系材料技术领域。首先采用静电纺丝的方法制备PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜，在此基础上，采用化学气相沉积（CVD）的方法，在Fe活性位点上生长出碳纳米管（CNTs），再通过高温碳化，制备出C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜。借助锂离子电池储能器件研究其储能性能。其中，生长在PAN基上的CNTs可有效缓解硅负极体积膨胀，用本发明专利技术提供的C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜作为锂离子电池负极，明显减少了锂离子电池的容量衰减，改善了电池的循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜、制备方法及其应用
本专利技术涉及一种复合碳纳米纤维膜，特别涉及C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜、制备方法及其应用，属于储能体系材料

技术介绍
近年来，能源短缺和可再生新能源的持续利用成为社会研究热点。在新能源的持续利用中能量储存问题使得储能材料成为新的研究热点。一方面，锂离子电池作为安全、低成本的电化学储能装置，在电动汽车、便携式储能设备等方面得到了广泛的应用。硅（Si）因其高理论容量(4200mAhg-1)，低工作电位和在自然界中的丰富度有望成为锂离子电池的高容量负极。然而其锂化和脱锂过程中巨大的体积膨胀（~300％），导致严重电极结构粉碎和快速容量衰减，妨碍其进一步实际应用。另一方面，传统染整行业功能整理领域研究方向急需拓展，由此，将纤维赋予储能功能是传统染整功能整理领域求变创新的良好契机，静电纺硅/碳复合纳米纤维成为储能纤维研究的一个突破口。但其作为锂离子电池负极时，电化学储能性能仍不理想。因半导体纳米Si颗粒分散性较差，硅/碳复合纳米纤维中，明显存在部分Si颗粒及其团聚体外露现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：/n（1）静电纺丝制备PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜：/n将聚丙烯腈(PAN)粉末、硅粉（Si）与铁盐颗粒混合，溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，于40-80 ℃搅拌充分，得到PAN固含量为5%-15%且均匀分散的纺丝液；纺丝液中，以PAN的质量为100%计，Si 含量为10%-40%，铁盐含量为10-30%，纺丝液经静电纺丝后得到PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜；/n（2）化学气相沉积（CVD）法生长碳纳米管（CNTs）：/n将PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜干燥后置于管式炉内，先在空气条件下预氧化，再在惰性...

【技术特征摘要】
1.一种C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）静电纺丝制备PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜：
将聚丙烯腈(PAN)粉末、硅粉（Si）与铁盐颗粒混合，溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中，于40-80℃搅拌充分，得到PAN固含量为5%-15%且均匀分散的纺丝液；纺丝液中，以PAN的质量为100%计，Si含量为10%-40%，铁盐含量为10-30%，纺丝液经静电纺丝后得到PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜；
（2）化学气相沉积（CVD）法生长碳纳米管（CNTs）：
将PAN/Si/Fe复合纳米纤维膜干燥后置于管式炉内，先在空气条件下预氧化，再在惰性气体保护下持续通入乙炔进行化学气相沉积（CVD）碳纳米管（CNTs）过程；
（3）高温碳化制备C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜：
CVD结束后，5-10℃/min升温至600-900℃并保温4-12h进行高温碳化，得到C/Si/CNTs复合碳纳米纤维膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的铁盐选自硫酸亚铁、氯化铁、四氧化三铁或二茂铁中的一种或几种。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐为硫酸亚铁，纺丝液中，以PAN的质量为100%计...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡毅，张亚茹，程钟灵，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33