[发明专利]三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制法及应用

说明书

本申请公开了一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制法及应用。所述复合材料包括：主要由碳纤维形成的导电基体网络；以及，包覆于所述碳纤维表面的硫铜化合物纳米片。所述制备方法包括：将铜源和碳源溶于有机溶剂，形成均匀的纺丝溶液；以静电纺丝法对纺丝溶液进行处理，获得纺丝材料；对纺丝材料依次进行预氧化和碳化处理，获得三维复合材料前驱物；将所述前驱物与硫源溶液混合反应，获得所述复合材料。本申请的三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料具有比表面积大，活性物质负载量大，导电能力优良等优点，可用于构建具有大容量的超级电容器，且制备工艺简单易控制，生产效率高，成本低廉，利于大规模实施。

技术领域

本申请具体涉及一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制备方法及应用，例如将其为原料得到的电极以及包括该电极的超级电容器。

背景技术

基于硫铜化合物等的三维结构的复合材料因具有较高比表面积，故而被认为是极具发展潜力的一类材料。但现有的三维复合材料一般存在制备工艺复杂，需使用高耗能设备等缺陷。例如，有研究人员将硫化铜与聚吡啶PPy导电材料复合，得到了PPy/硫化铜复合材料，该复合材料的导电性及电化学性能较之聚吡啶和硫化铜都有提升，但是由于硫化铜的比表面积小，机械混合使其容量不高。另外，还有一些研究人员提出了将硫化铜与碳纤维等复合形成的复合材料，但这些复合材料大多需要高耗能水热反应制备，且得到的多为一维纳米线、纳米棒或机械复合的结构，其比表面积相对较低，导致活性物质载量较低，电化学活性未得到实质性提升。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：

本申请实施例提供了一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料，其包括：

主要由碳纤维形成的导电基体网络；

以及，包覆于所述碳纤维表面的硫铜化合物纳米片。

本申请实施例还提供了一种三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料的制备方法，其包括：

将铜源和碳源溶于有机溶剂，形成均匀的纺丝溶液，

以静电纺丝法对所述纺丝溶液进行处理，获得纺丝材料；

将所述纺丝材料在含氧气氛中进行预氧化处理，之后在保护性气氛中进行碳化处理，获得三维复合材料前驱物；

将所述三维复合材料前驱物与硫源溶液混合反应，获得所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料。

本申请实施例还提供本申请实施例还提供了所述三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料于制备电极材料或储能装置中的用途。

与现有技术相比，本申请的优点包括：

(1)本申请提供的三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料以碳纤维(亦可认为是碳纳米纤维)形成导电基体网络，并使硫铜化合物纳米片包覆在碳纳米纤维上，两者协同，使所获复合材料具有较大比表面积，大幅提高了电化学活性物质的负载量和电化学反应位点的数量，且还有效解决了硫铜化合物在充放电过程中堆叠导致电阻增大的问题，很好的提升了其导电能力。

(2)利用本申请提供的三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料可制备超级电容器等储能装置的电极，且基于该电极组建的超级电容器容量在低电流密度下可达到500F g^-1。

(3)本申请三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料的制备方法简单、条件易于调控，生产效率高，无需复杂设备，且原料廉价易得，成本低廉，易于大规模实施。

附图说明