一种无溶剂制备碳纤维材料的方法、钠离子电池组技术

本发明专利技术涉及一种无溶剂制备碳纤维材料的方法、钠离子电池组，制备步骤如下：首先取间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物混合均匀并研磨，得到混合原料；再将混合原料装入反应釜中，经高温聚合，冷却后即得到胺醛树脂材料；最后将所述胺醛树脂材料置于保护气氛下高温烧结，冷却后得到碳纤维材料。整个工艺简单，无需使用溶剂，具有无废液污染、操作简易、安全性高、选择性高、反应效率高的优点。将此碳纤维材料应用于钠离子电池中，钠离子电池具有客观的循环性能和比容量。循环性能和比容量。循环性能和比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种无溶剂制备碳纤维材料的方法、钠离子电池组


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种无溶剂制备碳纤维材料的方法、钠离子电池组。

技术介绍

[0002]近年来, 资源与环境问题已经成为人类社会可持续发展的主要挑战之一。太阳能和风能等可再生能源具有较大的波动性、间歇性和不稳定性，因此发展大规模储能对新能源的高效利用具有重要意义。在众多储能技术中，电化学储能技术中的二次电池具有易模块化、能量转换效率高、灵活便携和环境友好等优点，被认为是最有前景的储能技术之一。
[0003]当前，锂离子电池由于较高的能量密度已在3C类电子产品，电动交通工具以及大规模储能等领域取得广泛应用，但其受到资源储量的限制难以同时支撑多领域的需求。值得关注的是，钠离子电池与锂离子电池具有相似工作原理，可以兼容锂离子电池现有生产设备，且具有储量丰富、分布广泛、成本低廉等优势。不仅如此，经研究发现，钠离子电池还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、高安全性和无过放电问题等优点，得到科研和产业界的重点关注。一般来说，硬碳材料作为负极可表现出与石墨嵌锂相当的容量，在钠离子电池中受到广泛关注。此类硬碳负极可以通过碳化聚合物类前驱体而得到，从而形成微观结构可调的碳材料。传统的聚合物类前驱体合成方法包括水热碳化、喷雾干燥、喷雾热解、液相聚合、硬模板法等，这些方法在合成过程中无一例外地用到了大量的溶剂，存在废液处理难、成本高、能耗大、规模化制备难等问题。而廉价易得的生物质碳，原料来源均一性和电极中存在杂质等问题还需要进一步解决。因此实现大批量高纯度碳纤维材料的简易制备，开发钠离子电池为主的大规模储能应用方法备受瞩目。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种无溶剂制备碳纤维材料的方法、钠离子电池组，以间苯二胺、六亚甲基四胺为前驱体、F127嵌段共聚物为表面活性剂在反应釜中自组装聚合，得到碳纤维材料。整个工艺简单，无需使用溶剂，具有无废液污染、操作简易、安全性高、选择性高、反应效率高的优点。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的方案如下：一种无溶剂制备碳纤维材料的方法，包括以下步骤：1）取间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物混合均匀并研磨，得到混合原料；2）将混合原料装入反应釜中，经高温聚合，冷却后即得到胺醛树脂材料；3）将所述胺醛树脂材料置于刚玉炉内，在保护气氛下高温烧结，冷却后得到碳纤维材料。
[0006]优选的，所述步骤1），间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物的质量比为3：2
‑
4：20
‑
40。
[0007]优选的，所述步骤1），间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物的质量比为3：2：
40。
[0008]优选的，所述步骤2），高温聚合的反应温度为120
‑
200 ℃，反应时间为2
‑
24 h。
[0009]优选的，所述步骤2），高温聚合的反应温度为200 ℃，反应时间为24 h。
[0010]优选的，所述步骤3），高温烧结的温度为600
‑
2000 ℃，烧结时间为2
‑
24 h。
[0011]优选的，所述步骤3），高温烧结的温度为1400℃，烧结时间为2 h。
[0012]优选的，所述步骤3），碳纤维材料的长度为5
‑
20 μm。
[0013]一种电池组，包括多个电池、绝缘板、散热板与保护电路板，所述电池为钠离子电池，所述钠离子电池的负极的原材料包括由上所述的无溶剂制备碳纤维材料的方法制得的碳纤维材料。
[0014]本专利技术的有益效果如下：
[0015]（1）本专利技术污染小：无需外加任何反应溶剂，从而避免了溶剂的挥发和废液的排放，符合无毒、无害条件下进行化学反应的绿色化学理念；
[0016]（2）本专利技术安全性高：无需外加任何反应溶剂，从而避免了反应过程中产生自生压力过高的问题；反应过程中毒性气体的产生量低，满足了在化工生产过程中应使安全隐患最小的绿色化学原则；
[0017]（3）专利技术操作简易：只需将固态原料进行机械混合、研磨，将其密封于反应釜与管式炉烧结即可。
[0018]（4）本专利技术原料转化率高：通过控制前驱的物料配比，产物均一性效果会更加良好，无多余杂质。
[0019]（5）将此碳纤维材料应用于钠离子电池中，表现出可观的循环性能和比容量。
[0020]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0021]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为实施例1制备的碳纤维材料SEM图；图2为实施例2制备的碳纤维材料SEM图；图3为实施例3制备的碳纤维材料SEM图；图4为实施例4制备的碳纤维材料SEM图；图5为实施例1制备的碳纤维材料作为钠离子半电池的充放电曲线图；图6为实施例1制备的碳纤维材料作为钠离子半电池的不同电流密度下的充放电曲线图；图7为实施例1制备的碳纤维材料作为钠离子半电池的循环曲线图；图8为实施例1制备的碳纤维材料作为钠离子半电池的不同电流密度下循环曲线图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0023]本专利技术的作用机理为：纤维状聚合物的合成是基于胺醛树脂的熔融聚合和胺醛树脂及F127在高温反应釜中自组装聚合。在熔融聚合中，选用间苯二胺和六亚甲基四胺作为前驱体，同时以表面活性剂F127为结构导向剂来精准控制树脂生长。间苯二胺含有更多的氮元素，可以得到更高的活性位密度，间苯二胺高温下熔融，六亚甲基四胺缓慢水解为甲醛和氨气，原位生成的甲醛在氨气的催化下与间苯二胺发生聚合反应。并且有利于实现原位的氮掺杂，进而增加钠存储位点和提高钠存储容量。
[0024]实施例1
[0025]本实施例提供一种无溶剂碳纤维状材料的制备方法，包括如下步骤：
[0026]1）称取0.3 g间苯二胺、0.2 g六亚甲基四胺、4 g普朗尼克F
‑
127放入研体，通过研磨，得到均匀混合物样品；
[0027]2）将步骤1）所得均匀混合物样品装入反应釜，200 ℃高温聚合24 h并冷却后得到纤维状胺醛树脂。
[0028]3）将纤维状胺醛树脂材料置于刚玉炉内，在氮/氩气氛下1400℃烧结2 h，冷却后得到碳纤维材料。
[0029]将碳纤维材料置于扫描电镜下观察形貌，如图1所示，本实施例制备的碳纤维材料SEM图，可见分散性和均一性较为良好，长度10微米左右的纤维状聚合物。
[0030]实施例2
[0031]本实施例提供一种无溶剂碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无溶剂制备碳纤维材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）取间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物混合均匀并研磨，得到混合原料；2）将混合原料装入反应釜中，于200 ℃聚合24 h，冷却后即得到胺醛树脂材料；3）将所述胺醛树脂材料置于保护气氛下于1400℃烧结2 h，冷却后得到碳纤维材料。2.根据权利要求1所述一种无溶剂制备碳纤维材料的方法，其特征在于，所述步骤1），间苯二胺、六亚甲基四胺、F127嵌段共聚物的质量比为3：2
‑
4：20
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40。3.根据权利要求2所述一种无溶剂制备碳纤维材料的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亮，安琴友，张磊，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：