本發(fā)明涉及鋰離子電池用自支撐柔性炭紙電極材料的制備及新能源電池儲能器件的，具體為一種富介孔柔性炭紙基鋰離子電池負極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、輕量性、可塑性、高強度、高柔性、高導(dǎo)電的炭紙已經(jīng)被證明是制備柔性鋰離子電池負極材料的一種優(yōu)良基體。目前，柔性鋰離子電池往往追求高功率密度和能量密度。開發(fā)性能更為優(yōu)異的炭紙基柔性電極材料是炭紙在電池領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化的前提。在炭材料中構(gòu)造孔隙是獲得更高比容量和倍率性能的一種簡單有效的方法?？椎啦粌H為li+的儲存提供了豐富的活性位點，而且加速了li+和電子的轉(zhuǎn)移，使li+在炭負極中嵌入/脫出過程引起的體積膨脹起到了“離子緩沖儲層”的作用，有效延長了鋰離子電池的使用壽命，這是多數(shù)研究者的共識。但現(xiàn)有的炭紙難以同時具有高柔性和高導(dǎo)電等特性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種富介孔炭紙基柔性電極材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明通過制漿設(shè)備對pan(聚丙烯腈)纖維進行原纖化和篩分處理，再通過造紙設(shè)備快速凱瑟抄片器制備了cfs(碳纖維)混合pan納米級纖維的紙頁，接著預(yù)氧化、炭化后浸漬cnts(碳納米管)，然后活化得到了介孔主導(dǎo)的炭納米纖維紙(ecnfp)。

3、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

4、一種富介孔炭紙基柔性炭紙電極材料的制備方法，包括以下步驟：

5、(1)對pan纖維進行原纖化處理后，篩分出200目以上的pan纖維；

6、(2)將步驟(1)所得pan纖維與cfs混合后，抄造成紙，干燥后經(jīng)預(yù)氧化和炭化后，再浸漬于cnts分散液中，得到柔性炭紙；所述預(yù)氧化是在100～400℃，保溫0.5～3h；所述炭化的溫度為600～800℃，保溫0.5～2h；

7、(3)將步驟(2)所得炭紙浸漬于zncl2溶液中，干燥后進行活化，活化的溫度為600～800℃，保溫0.5～2h，制得富介孔炭紙基柔性炭紙電極材料；所述炭紙與zncl2的質(zhì)量比為1：(3-5)。

8、優(yōu)選地，步驟(3)中所述炭紙與zncl2的質(zhì)量比為：1：(4±0.5)。

9、優(yōu)選地，步驟(2)中所述浸漬cnts濃度為0.01～0.1％。

10、優(yōu)選地，步驟(2)中所述cfs添加量占紙張總重量的(20±5)wt％。

11、優(yōu)選地，步驟(2)中所述預(yù)氧化的升溫速度為1～5℃/min；所述炭化的升溫速率為1～10℃/min。

12、優(yōu)選地，步驟(2)中所述抄造成紙的紙張定量為40～100g/m2。

13、優(yōu)選地，步驟(3)中所述活化的升溫速率為1～10℃/min。

14、優(yōu)選地，步驟(1)中原纖化處理pan纖維的打漿度為(75±5)osr。

15、上述方法制備得到的富介孔炭紙基柔性炭紙電極材料在鋰離子電池負極中的應(yīng)用。

16、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

17、(1)兼具優(yōu)秀的柔性和電化學(xué)性能：本發(fā)明所制備的炭紙具有豐富的介孔結(jié)構(gòu)，且具有優(yōu)異的柔性導(dǎo)電性，經(jīng)過彎曲、折疊、卷曲手段處理后依然能保持原狀，最高電導(dǎo)率為4527s/m。

18、(2)本發(fā)明利用廉價pan纖維為原料，通過傳統(tǒng)制漿造紙手段得到了納米級的pan纖維，再結(jié)合cfs和cnts后經(jīng)過低溫炭化、活化制備了高柔性特種紙基鋰離子電池負極材料，工藝簡單、性能優(yōu)異、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種富介孔炭紙基柔性電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述炭紙與zncl2的質(zhì)量比為：1：(4±0.5)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述浸漬cnts濃度為0.01～0.1％，浸漬時間為24±12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述cfs添加量占紙張總重量的(20±5)wt％。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述預(yù)氧化的升溫速度為1～5℃/min；所述炭化和活化的升溫速率為1～10℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述炭化和活化的升溫速率為5℃/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述抄造成紙的紙張定量為40～100g/m2。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中原纖化處理pan纖維的打漿度為(75±5)osr。

9.權(quán)利要求1-8任一項所述方法制備得到的富介孔炭紙基柔性電極材料。

10.權(quán)利要求9所述富介孔炭紙基柔性電極材料在鋰離子電池負極中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種富介孔炭紙基柔性電極材料及其制備方法和應(yīng)用，包括以下步驟：(1)對PAN纖維進行原纖化處理后，篩分出200目以上的PAN纖維；(2)將步驟(1)所得PAN纖維與CFs混合后，抄造成紙，干燥后經(jīng)預(yù)氧化和炭化后，再浸漬于CNTs分散液中，得到柔性炭紙；所述預(yù)氧化是在100～400℃，保溫0.5～3h；(3)將步驟(2)所得炭紙浸漬于ZnCl<subgt;2</subgt;溶液中，干燥后進行活化，制得富介孔炭紙基柔性電極材料(ECNFP)；所述炭紙與ZnCl<subgt;2</subgt;的質(zhì)量比為1：(3?5)。ECNFP可在鋰離子電池負極中的應(yīng)用，其具有優(yōu)異的柔性，高比容量、循環(huán)和倍率性能等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：劉夢茹,陳冬
受保護的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15