[發(fā)明專利]多孔碳纖維及其制備方法和鈉離子電池有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110826980.0 | 申請日： | 2021-07-22 |
| 公開（公告）號： | CN113279091B | 公開（公告）日： | 2021-12-07 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 陳海偉;王文偉;趙文翔;朱盟;焦筱娟 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京理工大學(xué)深圳汽車研究院（電動車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室深圳研究院） |
| 主分類號： | D01F9/22 | 分類號： | D01F9/22;D01F1/10;H01M4/587;H01M4/133;H01M10/054 |
| 代理公司： | 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281 | 代理人： | 孫婧;彭家恩 |
| 地址： | 518000 廣東省深圳市坪山區(qū)*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 多孔 碳纖維 及其 制備 方法 鈉離子 電池 | ||
本申請公開了一種多孔碳纖維，多孔碳纖維含有至少一條一維孔道，一維孔道位于碳纖維內(nèi)部，且一維孔道呈線型；多孔碳纖維的層間距為0.35nm?0.40nm。本申請多孔碳纖維內(nèi)部具有連續(xù)、均勻的一維孔道，在提供活性位點(diǎn)的同時，能夠增加電解液在孔道內(nèi)的流淌速率，有利于電解液的浸潤，也有利于離子的擴(kuò)散和遷移，提高離子的遷移速率，進(jìn)而能夠增加負(fù)極材料的克容量，有效提高電池的倍率性能、可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鈉離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種多孔碳纖維及其制備方法和鈉離子電池。
背景技術(shù)
鋰離子電池，由于具有質(zhì)量輕、高能量密度等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車領(lǐng)域和數(shù)碼消費(fèi)電器中。金屬鈉和金屬鋰的化學(xué)性質(zhì)相近，鈉離子電池也屬于搖椅式電池，通過鈉離子在正負(fù)極的反復(fù)穿梭，實(shí)現(xiàn)電池的充放電功能，并且相對于鋰離子電池，鈉的原料成本更低，具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性。
目前，鈉離子電池常見的負(fù)極材料主要包括碳纖維等材料，但現(xiàn)有碳纖維材料層間距較小，抑制了鈉離子的嵌入/脫出，導(dǎo)致鈉離子電池存在可逆容量較低，倍率性能差的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的是提供一種多孔碳纖維及其制備方法和鈉離子電池。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請采用了以下技術(shù)方案：
本申請的第一方面公開了一種多孔碳纖維，多孔碳纖維含有至少一條一維孔道，一維孔道位于碳纖維內(nèi)部，且一維孔道呈線型；多孔碳纖維的層間距為0.35-0.40nm。
需要說明的是，本申請多孔碳纖維內(nèi)部具有長度連續(xù)、孔徑均勻的一維孔道，在提供活性位點(diǎn)的同時，能夠增加電解液在孔道內(nèi)的流淌速率，有利于電解液的浸潤，也有利于離子的擴(kuò)散和遷移，提高離子的遷移速率，進(jìn)而能夠增加負(fù)極材料的克容量，在較大的倍率下，或者長時間循環(huán)下，能夠有效避免鈉枝晶的產(chǎn)生，從而有效提高電池的倍率性能、可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性；此外，本申請的多孔碳纖維層間距為0.35-0.40nm，大于鈉離子的直徑，能夠?yàn)殁c離子的嵌入/脫出提供充足的空間，從而進(jìn)一步增加鈉離子電池的可逆容量，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，一維孔道的孔徑為10-50nm；
優(yōu)選的，多孔碳纖維的纖維直徑為200-500nm；
優(yōu)選的，多孔碳纖維摻雜有雜原子；
優(yōu)選的，雜原子包括N，F(xiàn)，S中的至少一種。
需要說明的是，在多孔碳纖維中摻雜雜原子，有利于增加碳纖維的層間距和導(dǎo)電性，從而有利于進(jìn)一步增加鈉離子電池的可逆容量和倍率性能。
本申請的第二方面公開了一種上述多孔碳纖維的應(yīng)用，具體為在鈉離子電池中的應(yīng)用。
本申請的第三方面公開了一種采用上述多孔碳纖維的負(fù)極。
本申請的第四方面公開了一種采用上述負(fù)極的鈉離子電池。
本申請的第五方面公開了一種多孔碳纖維的制備方法，包括：
將聚合物和線狀犧牲模板溶解于有機(jī)溶劑，攪拌得到第一溶液，對混合溶液進(jìn)行靜電紡絲，得到內(nèi)部嵌入有線狀犧牲模板的碳纖維；
對線狀犧牲模板進(jìn)行刻蝕，將刻蝕后的碳纖維進(jìn)行碳化，得到多孔碳纖維。
本申請的一種實(shí)現(xiàn)方式中，線狀犧牲模板包括碲納米線、金納米線和銀納米線的至少一種；
優(yōu)選的，聚合物包括聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈中的至少一種；
優(yōu)選的，線狀犧牲模板和聚合物質(zhì)量比為1:1~1:2；
優(yōu)選的，第一溶液的質(zhì)量百分比濃度為15%-25%，攪拌時間為8-15h；
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