[发明专利]一种中空碳纤维改性硅碳材料、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将包覆剂加入到纳米硅颗粒溶液中，充分混合，得到包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液；

步骤2：向所述包覆剂包覆纳米硅颗粒的溶液中加入中空碳纤维和石墨，混合充分，得到混合溶液；

步骤3：将所述混合溶液进行喷雾干燥，得到改性前驱体；

步骤4：将所述改性前驱体进行碳化，得到中空碳纤维改性硅碳材料。

2.根据权利要求1所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述纳米硅颗粒溶液中纳米硅颗粒与溶剂的添加比例为(0.1g-5g)：(10ml-100ml)；

作为优选，所述步骤1中，所述纳米硅颗粒的粒径为50nm-200nm；作为优选，所述纳米硅颗粒的粒径为80nm-100nm；

作为优选，所述步骤1中，所述溶剂为醇类有机溶剂；作为优选，所述溶剂包括乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或多种；

作为优选，所述步骤1中，所述包覆剂包括沥青、蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸、酚醛树脂、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡络烷酮中一种或多种；

作为优选，所述步骤1中，所述包覆剂与纳米硅颗粒的添加比例为(0.1g-5g)：(0.1g-5g)；

作为优选，所述步骤1中，充分混合具体操作包括：超声混合10分钟-60分钟。

3.根据权利要求1所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，充分混合具体操作包括：搅拌10小时-24小时；

作为优选，所述步骤2中，所述中空碳纤维、石墨与纳米硅颗粒的添加比例为(0.1g-5g)：(0.1g-5g)：(0.1g-5g)；

作为优选，所述步骤2中，所述中空碳纤维的外径为50nm-500nm。

4.根据权利要求3所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述中空碳纤维采用如下步骤制备：

将聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，得到纳米碳纤维前驱体，将纳米碳纤维前驱体碳化，得到中空碳纤维；

作为优选，所述聚合物纺丝溶液包括0.1g-1g的主剂和5g-20g的纺丝溶剂；其中，所述主剂包括聚丙烯腈PAN、聚乙炔PA、聚吡咯PPY、聚噻吩PTH、聚对苯PPP、聚对苯乙烯PPV、聚苯胺PANI中的一种；其中，所述纺丝溶剂包括二甲基甲酰胺DMF、N-甲基吡咯烷酮NMP、四氢呋喃THF、三氯甲烷CHCl₃中的一种；

作为优选，所述静电纺丝的操作包括：电压为10kv-20kv、速度为5ul/min-15ul/min、接收距离为10cm-30cm、纺丝环境湿度低于30％、温度为20℃-30℃；

作为优选，所述将纳米碳纤维前驱体碳化的操作包括：在保护气气氛下，500℃-1000℃碳化2小时-5小时。

5.根据权利要求1所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述喷雾干燥采用气流喷雾干燥法，其中进口温度和出口温度分别为50℃-200℃和50℃-200℃。

6.根据权利要求1所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，在进行所述步骤3之前，所述制备方法还包括对所述混合溶液中添加去离子水进行稀释的步骤。

7.根据权利要求1所述的一种中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，对所述改性前驱体碳化的具体操作包括：在保护气气氛下，500℃-1000℃碳化1小时-10小时；

作为优选，所述保护气包括氮气、氩气、氦气中的一种或多种。

8.一种中空碳纤维改性硅碳材料，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的中空碳纤维改性硅碳材料的制备方法制备得到。