聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：硼源、碳源、氮源按照比例混合，研磨粉碎得到硼碳氮化物纳米粉末，该纳米粉末与模板材料混合作为同轴纺丝的壳层纺丝液，将聚丙烯腈与成孔模板剂混合作为芯层纺丝液，利用同轴静电纺丝制得电极材料前体，将电极材料前体高温碳化即可；本发明专利技术的硼碳氮包覆碳电极材料，硼碳氮化程度高，硼碳氮材料在聚丙烯腈碳纤维表面均匀覆盖，且稳定性好，多孔碳层一方面改善了电极材料的电导率，大大提升了储能过程电子传输率，加快了电子动力学过程，另一方面，硼碳氮材料贡献一定的储能性能，从而实现了高容量、高倍率、长寿命电化学储能器件的进一步发展。

【技术实现步骤摘要】
聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电极纳米材料
，具体涉及一种同轴静电纺丝的聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电子传感器、柔性显示器和健康监测器及可穿戴电子设备的快速发展，可穿戴的储能设备越来越受到各界研究学者的关注。在多种储能器件中，超级电容器具有比功率密度高、充放电速度快和循环稳定性好等优点，它还可以在大功率电源、电网储能整流系统、动车能量快速回收系统和短程动力电源被使用，被认为是未来储能应用中极具有前景的储能装置。众所周知，电极材料是影响超级电容器性能的关键器件，其比表面积、孔隙率、电化学活性以及稳定性等会直接关联到超级电容器的整体性能。因此，制备出性能优异的电极材料是形成高性能的超级电容器关键。然而，仍然很难同时制造高能量密度、高功率密度和高循环寿命的超级电容器。因此，开发具有高比电容、循环稳定性和灵活性的电极材料是当前所期望的。目前，包括石墨烯、活性炭和碳气凝胶在内的多孔碳材料已经被广泛地应用制作电极材料，因为它们具有大的比表面积、良好的稳定性和易于结构控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：/n(1)、称取硼源、碳源和氮源进行处理，得到硼碳氮化物纳米粉末；/n(2)、将所述硼碳氮化物纳米粉末与模板材料在N,N-二甲基甲酰胺中混合，搅拌，得到壳层纺丝液；/n(3)、将聚丙烯腈与成孔模板剂混合在溶剂中，得到芯层纺丝液；/n(4)、将所述壳层纺丝液和芯层纺丝液利用同轴静电纺丝得到电极材料前体；/n(5)、将所述电极材料前体置于管式炉内碳化，得到聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：
(1)、称取硼源、碳源和氮源进行处理，得到硼碳氮化物纳米粉末；
(2)、将所述硼碳氮化物纳米粉末与模板材料在N,N-二甲基甲酰胺中混合，搅拌，得到壳层纺丝液；
(3)、将聚丙烯腈与成孔模板剂混合在溶剂中，得到芯层纺丝液；
(4)、将所述壳层纺丝液和芯层纺丝液利用同轴静电纺丝得到电极材料前体；
(5)、将所述电极材料前体置于管式炉内碳化，得到聚丙烯腈基硼碳氮纳米纤维电极材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述处理的过程为：
(1-1)、称取硼源、碳源和氮源进行混合，得到混合粉末；
(1-2)、将所述混合粉末进行干燥，并研磨，得到前驱体；
(1-3)、将所述前驱体进行脱气处理，在800-1200℃下热处理，得到硼碳氮化物纳米片；
(1-4)、将所述硼碳氮化物纳米片进行球磨，纯化得到硼碳氮化物纳米粉末。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-1)中，所述硼源、碳源和氮源的摩尔比为1:1:1；
优选地，步骤(1-1)中，所述碳源选自单质碳、晶体状含碳的化合物及其他含纤维素植物或水果皮经制作所得的活性炭中的一种以上；
优选地，所述单质碳选自炭黑、活性炭、石墨和石墨烯中的一种以上；
优选地，所述晶体状含碳的化合物包括葡萄糖和甘氨酸中的一种以上；
优选地，所述活性炭中的其他含纤维素植物或水果皮选自香蕉皮、橘子皮、椰子壳、柚子皮、甘蔗皮和核桃壳中的一种以上；
优选地，步骤(1-1)中，所述硼源选自含硼粉状或含硼晶状化合物中的一种以上；
优选地，步骤(1-1)中，所述硼源选自硼酸、甲基硼酸、苯硼酸和氧化硼中的一种以上；
优选地，步骤(1-1)中，所述氮源选自脲、三聚氰胺和氨基甲酸中的一种以上。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1-2)中，所述干燥的温度为20-80℃，所述干燥的时间为0.5-2h；
优选地，步骤(1-2)中，所述研磨的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文杰，辛斌杰，罗健，沈冬冬，孔方圆，余淼，刘毅，袁秀文，范明珠，朱润虎，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31