[发明专利]一种松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备方法，步骤如下：将碳纸在异丙醇中超声清洗，烘干，热处理后置入浓HNO₃中浸泡，冲洗，烘干；将硝酸铁和蔗糖溶解在酸性硅溶胶和乙醇的混合溶剂中，搅拌得金属铁催化剂前驱体溶液；将碳纸浸渍在上述溶液中，抽滤，烘干，置于瓷舟上，通Ar，升温至280‑290℃，切换为H₂还原，而后调节Ar和H₂流量，升温至745‑755℃，将二甲苯二茂铁混合溶液注入反应管，反应2‑3h，关闭H₂，管式炉在Ar气氛中降温至420‑440℃煅烧2.5‑3.5h，冷却即得。在预处理的碳纸碳纤维上可沉积石墨化程度高、分布密度高、比表面积较大、管径均匀的多壁碳纳米管。

技术领域

本发明涉及一种松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备方法。

背景技术

单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好、无毒等优点，其作为锂二次电池正极材料具有良好的应用前景。采用单质硫为正极、金属锂为负极组装的锂硫电池，理论比容量为1675mAh/g，质量比能量为2600Wh/kg，是目前锂离子电池（500Wh/kg）的5倍。据最新报道，在正极载硫量为90%的情况下，电池初始比容量达1115mAh/g，经过1000次循环后仍能达到670mAh/g，平均每次循环容量衰减率仅为0.039%。随着锂硫电池重大技术相继获得突破，其产业化进程在逐渐加快。然而，锂硫电池仍存在实际容量与理论容量差距较大、循环稳定性差、能量密度低等问题。为解决相关技术问题，研究者们对锂硫电池的反应机理展开了广泛的研究，认为“飞梭效应”是活性物质硫利用率低、电池循环稳定性差的主要原因。

目前，通常利用碳材料、聚合物材料、纳米氧化物材料的导电性、吸附性和粘结性来提高硫的利用率和电池的循环稳定性。采用的导电碳材料主要有活性炭、介孔碳、纳米碳纤维和多壁碳纳米管等，导电聚合物主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，纳米氧化物材料有镍镁氧化物、二氧化钛等，在不同程度上改善了锂硫电池的循环性能。然而，上述锂硫电池采用涂布式的制备方法，存在粘结剂自身电化学稳定性差、颗粒状导电材料形成的导电网络力学性能差等问题，难于承受由于体积膨胀所产生的应力，电池的循环性能仍不够理想。

近年来，研究者们又发现电子导体材料的结构稳定性不足是电池循环稳定性差的重要原因，并提出了无粘结剂整体三维多孔电子导体材料作为锂硫电池的导电材料。导电材料与集流体一体化具有导电网络结构稳定的优势，但仍然存在三维多孔网络结构柔韧性差、比表面积小、成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种松针状碳纳米管/碳纤维复合碳材料的制备方法。

本发明通过下面技术方案实现：