CN109920955A - 一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 - Google Patents
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109920955A CN109920955A CN201910273419.7A CN201910273419A CN109920955A CN 109920955 A CN109920955 A CN 109920955A CN 201910273419 A CN201910273419 A CN 201910273419A CN 109920955 A CN109920955 A CN 109920955A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- fiber film
- spinning
- carbon fiber
- lithium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 21
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- -1 cementite compound Chemical class 0.000 title claims abstract description 17
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims abstract description 24
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 13
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 6
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims description 30
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 20
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 claims description 2
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 claims description 2
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims 1
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 abstract description 8
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 abstract description 8
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 abstract description 8
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 abstract description 4
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011529 conductive interlayer Substances 0.000 abstract 1
- ZVSWQJGHNTUXDX-UHFFFAOYSA-N lambda1-selanyllithium Chemical compound [Se].[Li] ZVSWQJGHNTUXDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 11
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910001216 Li2S Inorganic materials 0.000 description 2
- ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N N-methylformamide Chemical compound CNC=O ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N [C].[S] Chemical compound [C].[S] GJEAMHAFPYZYDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 230000011712 cell development Effects 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法,属于功能性纳米纤维膜的制备技术领域。该方法包括以下步骤:聚丙烯腈(PAN)与硫酸亚铁按比例溶于N‑N二甲基甲酰胺(DMF)中,充分搅拌,静电纺丝,高温碳化,得到碳化铁复合纳米碳纤维膜。本发明制备方法简单、流程短,效率高。所制得的碳化铁复合纳米碳纤维具有优异的导电性且对多硫化物具有明显的吸附作用,可作为锂硫电池、锂硒电池的导电隔层。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纳米碳纤维膜,特别涉及一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜(Fe3C-CNF)及其制备方法,属于储能体系器件材料领域。
背景技术
随着便携式电子设备,电动汽车以及智能电网的发展,对可充电储能系统的需求越来越高。锂硫电池因具备高理论比容量(1675mAh g-1)和高理论比密度(2600Wh kg-1)而受到广泛的关注。此外,硫还具有贮备丰富、低价、无毒等优点。然而,锂硫电池规模化应用仍受到限制,主要原因是(1)低的活性物质利用率,(2)差的循环寿命。因此,开发商业锂硫电池急需解决两个主要问题:1.硫及其放电产物(L2S2/Li2S)导电性差,导致低的活性物质利用率;2.循环过程中产生的硫化物(Li2Sx,2<x≤8)溶解在电解液中,导致快速容量衰减和低库伦效率。
上述问题指出锂硫电池发展的两个主要方向,即提高正极导电性和抑制多硫化物的扩散。一种有效的电极设计是将活性材料封装在导电框架,例如核壳纳米结构电极、纳米碳-硫复合电极以及导电高分子-硫复合电极。除了电极的设计对活性物质的封装外,在正极和隔膜之间添加自支撑的高导电、高比表面积碳纳米纤维膜也是一种提高锂硫电池性能的有效方法。纳米碳纤维膜(CNF)作为额外的集流器,为绝缘的S和Li2S2/Li2S提供良好电子传输通道,并且阻止多硫化物的迁移。在锂硫电池正极和隔膜间添加碳基隔层,作为物理屏障限制多硫化物迁移,可有效提高电池电化学性能。然而,非极性碳基材料与极性硫化物相互作用力弱,不能主动吸附可溶性多硫化物,导致容量衰减迅速,尤其是在长时间循环。因此,对碳材料隔层进行各种改性,使其具对多硫化物具有化学键和的能力,如复合金属氧化物(TiO2、ZnO)、金属有机框架材料、元素掺杂等。这些改性后的碳基隔层增加了对多硫化物吸附的能力,提高了正极硫利用率和锂硫电池的循环寿命。
发明内容
本发明提供一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜的制备方法,该方法具有。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜的制备方法,该方法包括以下步骤:
(1)纺丝溶液的配置:取聚丙烯腈(PAN)、铁盐溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,充分搅拌得到均匀的纺丝溶液;
(2)纳米纤维膜制备方法:将步骤(1)所得的纺丝液纺成纳米纤维膜;
(3)纳米碳纤维膜制备:将步骤(2)所获得的纳米纤维膜在600-1200℃的温度下进行碳化,制得碳化铁复合纳米碳纤维膜。
作为优选,所述步骤(1)中,PAN和铁盐的重量比为10:0.1-5。
作为优选,所述步骤(1)中,添加的铁盐选自硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、氢氧化铁、普鲁士蓝或氧化亚铁中的一种或多种组合。
进一步优选的是,所述步骤(1)中,添加的铁盐是FeSO4,纺丝溶液中PAN与FeSO4两者质量浓度之和为10%,PAN与FeSO4的质量比为10:1-3。选择铁盐为硫酸亚铁,碳化得到的Fe3C-CNF含有硫元素,实现了复合纳米碳纤维膜的硫掺杂,与现有的Fe3C-CNF相比,复合纳米碳纤维膜具有更好的导电性。
作为优选,所述步骤(2)中,纳米纤维膜制备方法采用静电纺丝法、离心纺丝法或熔融纺丝法。
作为优选,所述步骤(2)中采用静电纺丝时,静电纺丝电压为纺丝电压5-25kV,接收距离5-30cm,空气湿度10-50%。进一步的,所述步骤(2)中采用静电纺丝时,静电纺丝电压为纺丝电压10-25kV,接收距离10-30cm,空气湿度10-45%。
作为优选,步骤(3)中所述的纤维膜在高温碳化之前在180-300℃的温度范围内进行预氧化,时间为150±10min。
作为优选,步骤(3)中所述的高温碳化时间为1-6小时。
一种所述的方法制得的碳化铁复合纳米碳纤维膜。
本发明为应用于锂硫电池隔层的Fe3C-CNF制备方法,首先将PAN、FeSO4按比例溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中制备纺丝溶液;再经静电纺丝、碳化,得到纳米碳纤维膜;该方法制备的Fe3C-CNF可用于锂硫电池的储能领域。此制备方法具有如下特点:
(1)本发明制备方法简便,流程短,效率高;
(2)所制备的纳米碳纤维膜含有极性Fe3C;
(3)所制备的纳米碳纤维膜作为锂硫电池隔层,可吸附可溶性多硫化物并改善硫正极导电性。
附图说明
图1是实施例1和实施例4所制得的Fe3C-CNF和CNF的SEM扫描电镜图;
图2是实施例1和实施例4所制得Fe3C-CNF和CNF的XRD谱图;
图3是实施例1和实施例4所制得的Fe3C-CNF和CNF隔层锂硫电池电化学性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。
实施例1
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜(Fe3C-CNF)的制备方法,具体步骤是:
(1)用分析天平准确称聚丙烯腈(PAN)(摩尔质量为100000g mol-1),FeSO4粉末溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,溶质总浓度为10%,PAN与FeSO4质量比为10:1。混合液升温到60℃,搅拌48h,得到均一稳定静电纺丝溶液。
(2)采用静电纺丝装备制得纳米纤维膜,纺丝电压10kV,接收距离20cm,空气湿度50%。
(3)碳化,在180℃下预氧化,1000℃的条件下碳化,制得Fe3C-CNF-1。
实施例2
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜(Fe3C-CNF)的制备方法,具体步骤是:
(1)用分析天平准确称聚丙烯腈(PAN)(摩尔质量为100000g mol-1),FeSO4粉末溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,溶质总浓度为10%,PAN与FeSO4质量比为10:2。密封升温到60℃,搅拌48h,得到均一稳定静电纺丝溶液。
(2)采用静电纺丝装备制得纳米纤维膜,纺丝电压10kV,接收距离20cm,空气湿度50%。
(3)碳化,在180℃下预氧化,1000℃的条件下碳化,制得Fe3C-CNF-2。
实施例3
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜(Fe3C-CNF)的制备方法,具体步骤是:
(1)用分析天平准确称聚丙烯腈(PAN)粉末(摩尔质量为100000g mol-1),FeSO4粉末溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,溶质质量总浓度为10%,PAN与FeSO4质量比为10:3。密封,升温到60℃,搅拌48h,得到均一稳定静电纺丝溶液。
(2)采用静电纺丝装备制得纳米纤维膜,纺丝电压12kV,接收距离15cm,空气湿度55%。
(3)碳化,在180℃下预氧化,1000℃的条件下碳化,制得Fe3C-CNF-3。
实施例4
一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜(Fe3C-CNF)的制备方法,具体步骤是:
(1)用分析天平准确称聚丙烯腈(PAN)粉末(摩尔质量为100000g mol-1)溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,溶质质量总浓度为10%。密封,升温到60℃,搅拌48h,得到均一稳定静电纺丝溶液。
(2)采用静电纺丝装备制得纳米纤维膜,纺丝电压12kV,接收距离15cm,空气湿度55%。
(3)碳化,在180℃下预氧化,1000℃的条件下碳化,制得CNF。
图1至图3分别为实施例1和实施例4制得的Fe3C-CNF和CNF纳米碳纤维的SEM扫描电镜图、XRD谱图和隔层锂硫电池电化学性能图。通过图1的SEM扫描电镜结合图2的XRD谱图分析发现,实施例1:加入硫酸亚铁后,碳化得到的纤维直径在200-400nm,纤维呈三维网络结构,且含有大量的颗粒。实施例4制得的纯CNF,纤维表面较光滑,且无颗粒。根据图2的XRD图谱分析发现,固体颗粒为纳米碳化铁。
各实施例制得的Fe3C-CNF纤维中Fe3C颗粒含量不同,FeSO4浓度提高,Fe3C含量也会增加。
将实施例1中所获得的碳化铁纳米碳纤维作为锂硫电池隔层,直径14mm,进行电化学测试,电化学性能图如图3所示,由图3可以看出,Fe3C-CNF-1隔层电池初始放电容量高达1177mAh g-1,硫利用率为70.2%,100次循环后可逆容量保留在941mAh g-1,容量保持率84.8%,每圈容量衰减仅为0.152%,平均库伦效率高达98%。相反,CNF夹层电池首圈容量为996mAh g-1,硫利用率为59.5%,100次循环后可逆容量仅为708mAh g-1,容量保持率为71.1%,库仑效率为92%。对比不同的铁盐添加量的隔层,Fe3C-CNF-2隔层电池初始放电容量为1140mAh g-1,100次循环后可逆容量保留在936mAh g-1,容量保持率82.1%;Fe3C-CNF-3隔层电池初始放电容量为1097mAh g-1,100次循环后可逆容量保留在862mAh g-1,容量保持率78.6%。试验结果表明实施例1和实施例2中制备的碳化铁复合纳米碳纤维隔层电池表现出最佳的电化学性能。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
(1)纺丝溶液的配置:取聚丙烯腈(PAN)、铁盐溶于N-N二甲基甲酰胺(DMF)中,充分搅拌得到均匀的纺丝溶液;
(2)纳米纤维膜制备方法:将步骤(1)所得的纺丝液纺成纳米纤维膜;
(3)纳米碳纤维膜制备:将步骤(2)所获得的纳米纤维膜在600-1200℃的温度下进行碳化,制得碳化铁复合纳米碳纤维膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,PAN和铁盐的重量比为10:0.1-5。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,添加的铁盐选自硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、氯化铁、硝酸亚铁、硝酸铁、氢氧化铁、普鲁士蓝或氧化亚铁中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中,纺丝方法包括静电纺丝法、离心纺丝法或熔融纺丝法。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中采用静电纺丝时,静电纺丝电压为纺丝电压5-25 kV,接收距离5-30 cm,空气湿度 10-50%。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的纤维膜在高温碳化之前在180-300℃的温度范围内进行预氧化,时间为150±10 min。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的高温碳化时间为1-6小时。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中,添加的铁盐是FeSO4,纺丝溶液中PAN与FeSO4两者质量浓度之和为10%,PAN与FeSO4的质量比为10:1-3。
9.一种权利要求1所述的方法制得的碳化铁复合纳米碳纤维膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910273419.7A CN109920955B (zh) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | 一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910273419.7A CN109920955B (zh) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | 一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109920955A true CN109920955A (zh) | 2019-06-21 |
CN109920955B CN109920955B (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=66968846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910273419.7A Active CN109920955B (zh) | 2019-04-05 | 2019-04-05 | 一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109920955B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111082063A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-28 | 内蒙古民族大学 | 一种柔性导电碳/金属复合纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂硫电池 |
CN111900407A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-06 | 大连理工大学 | 一种锂硫电池正极材料及其制备方法 |
CN112103491A (zh) * | 2020-11-13 | 2020-12-18 | 苏州大学 | 锂硫电池正极的制备方法 |
CN112695452A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-23 | 吉林农业大学 | 一种柔性三维磁性纳米纤维材料及其制备方法和应用 |
CN112736221A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-30 | 青岛大学 | 一种新型Fe3C/N-CNF@RGO集成电极的制备方法 |
CN113106635A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-13 | 广东金发科技有限公司 | 一种静电纺丝纳米纤维无纺布及其制备方法和应用 |
CN115020914A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-06 | 江南大学 | 一种用于锂/钠硫电池的蒲棒结构陶瓷复合隔膜夹层及其制备方法 |
Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140141328A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-22 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
US20140170493A1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-06-19 | Quantumscape Corporation | Nanostructured materials for electrochemical conversion reactions |
US8859143B2 (en) * | 2011-01-03 | 2014-10-14 | Nanotek Instruments, Inc. | Partially and fully surface-enabled metal ion-exchanging energy storage devices |
US20140377664A1 (en) * | 2012-01-10 | 2014-12-25 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Lithium all-solid-state battery |
CN105428618A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-03-23 | 大连理工大学 | 一种壳核型碳包覆金属硫化物纳米复合粒子的制备方法及其应用 |
US20160344035A1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Aruna Zhamu | Alkali Metal Secondary Battery Containing a Carbon Matrix- or Carbon Matrix Composite-based Dendrite-Intercepting Layer |
CN107083584A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-22 | 浙江理工大学 | 一种可折叠柔性纯净纳米碳纤维的静电纺丝‑碳化制备方法 |
CN108091835A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-05-29 | 南开大学 | 铁酸钴负载硫的锂硫电池复合正极材料及其制备方法 |
CN108110191A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-06-01 | 浙江理工大学 | 一种应用于锂硫电池隔层的表面微氧化纳米碳纤维膜的制备方法 |
CN108172801A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-15 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种多孔碳材料掺杂改性的方法及应用 |
CN108172795A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-15 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法 |
CN108232288A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-29 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成固态二次锂电池及其制备及应用 |
CN108511695A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于硫氮自掺杂正极活性材料的锂硫电池 |
CN109004163A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-12-14 | 华南理工大学 | 一种具有防止多硫化物穿梭效应的锂硫电池隔膜-硫正极复合包组件 |
CN109148854A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-04 | 南开大学 | 碳掺杂磷酸铁锰锂负载硫的锂硫电池正极材料及制备方法 |
CN109305684A (zh) * | 2017-07-28 | 2019-02-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 碳包覆铁及碳化铁纳米复合材料及其制备方法 |
CN109355899A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-02-19 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料及制备方法 |
CN109417171A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-03-01 | 香港科技大学 | 分级多孔纳米碳/硫复合阴极的可调节且可量产的合成 |
CN109449425A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-08 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池用复合材料的制备方法及该复合材料的应用 |
-
2019
- 2019-04-05 CN CN201910273419.7A patent/CN109920955B/zh active Active
Patent Citations (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8859143B2 (en) * | 2011-01-03 | 2014-10-14 | Nanotek Instruments, Inc. | Partially and fully surface-enabled metal ion-exchanging energy storage devices |
US20140377664A1 (en) * | 2012-01-10 | 2014-12-25 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Lithium all-solid-state battery |
US20140170493A1 (en) * | 2012-07-24 | 2014-06-19 | Quantumscape Corporation | Nanostructured materials for electrochemical conversion reactions |
US20140141328A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-22 | Ut-Battelle, Llc | Nitrogen-sulfur-carbon nanocomposites and their application as cathode materials in lithium-sulfur batteries |
US20160344035A1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Aruna Zhamu | Alkali Metal Secondary Battery Containing a Carbon Matrix- or Carbon Matrix Composite-based Dendrite-Intercepting Layer |
CN105428618A (zh) * | 2015-11-17 | 2016-03-23 | 大连理工大学 | 一种壳核型碳包覆金属硫化物纳米复合粒子的制备方法及其应用 |
CN109417171A (zh) * | 2016-07-06 | 2019-03-01 | 香港科技大学 | 分级多孔纳米碳/硫复合阴极的可调节且可量产的合成 |
CN108511695A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-09-07 | 天津大学 | 基于硫氮自掺杂正极活性材料的锂硫电池 |
CN107083584A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-22 | 浙江理工大学 | 一种可折叠柔性纯净纳米碳纤维的静电纺丝‑碳化制备方法 |
CN109305684A (zh) * | 2017-07-28 | 2019-02-05 | 中国石油化工股份有限公司 | 碳包覆铁及碳化铁纳米复合材料及其制备方法 |
CN108091835A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-05-29 | 南开大学 | 铁酸钴负载硫的锂硫电池复合正极材料及其制备方法 |
CN108110191A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-06-01 | 浙江理工大学 | 一种应用于锂硫电池隔层的表面微氧化纳米碳纤维膜的制备方法 |
CN108232288A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-29 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成固态二次锂电池及其制备及应用 |
CN108172795A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-15 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池正极材料的制备方法 |
CN108172801A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-15 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种多孔碳材料掺杂改性的方法及应用 |
CN109004163A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-12-14 | 华南理工大学 | 一种具有防止多硫化物穿梭效应的锂硫电池隔膜-硫正极复合包组件 |
CN109148854A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-04 | 南开大学 | 碳掺杂磷酸铁锰锂负载硫的锂硫电池正极材料及制备方法 |
CN109355899A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-02-19 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于机器人电子皮肤的导电磁性材料及制备方法 |
CN109449425A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-08 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种锂硫电池用复合材料的制备方法及该复合材料的应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JIAN-QIU HUANG ET AL.: "Novel interlayer made from Fe3C/carbon nanofiber webs for high performance lithium-sulfur batteries", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 * |
LIU, YU-SI ET AL.: "Nitrogen-doped carbon nanotube sponge with embedded Fe/Fe3C nanoparticles as binder-free cathodes for high capacity lithium-sulfur batteries", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111082063A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-28 | 内蒙古民族大学 | 一种柔性导电碳/金属复合纳米纤维膜及其制备方法和应用、锂硫电池 |
CN111900407A (zh) * | 2020-08-04 | 2020-11-06 | 大连理工大学 | 一种锂硫电池正极材料及其制备方法 |
CN111900407B (zh) * | 2020-08-04 | 2021-12-31 | 大连理工大学 | 一种锂硫电池正极材料及其制备方法 |
CN112103491A (zh) * | 2020-11-13 | 2020-12-18 | 苏州大学 | 锂硫电池正极的制备方法 |
CN112103491B (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-02 | 苏州大学 | 锂硫电池正极的制备方法 |
CN112736221A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-30 | 青岛大学 | 一种新型Fe3C/N-CNF@RGO集成电极的制备方法 |
CN112736221B (zh) * | 2020-12-11 | 2022-07-08 | 青岛大学 | 一种新型Fe3C/N-CNF@RGO集成电极的制备方法 |
CN112695452A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-04-23 | 吉林农业大学 | 一种柔性三维磁性纳米纤维材料及其制备方法和应用 |
CN113106635A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-07-13 | 广东金发科技有限公司 | 一种静电纺丝纳米纤维无纺布及其制备方法和应用 |
CN115020914A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-09-06 | 江南大学 | 一种用于锂/钠硫电池的蒲棒结构陶瓷复合隔膜夹层及其制备方法 |
CN115020914B (zh) * | 2022-05-19 | 2023-06-13 | 江南大学 | 一种用于锂/钠硫电池的蒲棒结构陶瓷复合隔膜夹层及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109920955B (zh) | 2021-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109920955A (zh) | 一种应用于锂硫电池隔层的碳化铁复合纳米碳纤维膜及其制备方法 | |
Tang et al. | In-situ synthesis of carbon@ Ti4O7 non-woven fabric as a multi-functional interlayer for excellent lithium-sulfur battery | |
CN105390687B (zh) | 一种高性能三维碳纳米管复合负极材料及其制备方法和应用 | |
WO2016165559A1 (zh) | 复合隔膜及其制备方法以及锂离子电池 | |
Yang et al. | Highly uniform TiO 2/SnO 2/carbon hybrid nanofibers with greatly enhanced lithium storage performance | |
CN106207124A (zh) | 石墨烯包覆的硅/碳纳米复合纳米纤维膜及其应用 | |
CN102197519A (zh) | 复合电极材料、由所述材料组成的电池电极、及包含这种电极的锂电池 | |
CN110660985B (zh) | 具有三维导通核壳结构的复合锂硫电池电极材料的制备方法 | |
CN108110191A (zh) | 一种应用于锂硫电池隔层的表面微氧化纳米碳纤维膜的制备方法 | |
CN111525184A (zh) | 一种复合固态电解质薄膜及其制备和应用 | |
CN108682802A (zh) | 一种制备锂电负极用壳-核结构纳米纤维的方法 | |
CN109346725A (zh) | 储能器件铝负极、储能器件及其制备方法 | |
CN112467200B (zh) | 一种氟化锂/钛酸镧锂纳米纤维固体电解质界面材料及其制备方法和应用 | |
CN108847492A (zh) | 一种n掺杂金属钴碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 | |
CN111129394B (zh) | 功能复合型纳米碳纤维/石墨烯膜及其制备方法与应用 | |
CN109244316A (zh) | 一种应用于锂硫电池隔层的丝素基纳米碳纤维膜的制备方法 | |
CN110854381B (zh) | 一种氧化钴修饰的碳掺杂锡锰复合氧化物纳米纤维的制备方法 | |
CN112635762A (zh) | 锂离子电池负极材料及其制备方法和应用和锂离子电池 | |
Zhou et al. | Lithiophilic Magnetic Host Facilitates Target‐Deposited Lithium for Practical Lithium‐Metal Batteries | |
CN109698330A (zh) | 一种锂离子电池 | |
Wei et al. | 3D network-structured CoSb/P-CNFs@ rGO as a highly conductive self-supporting anode material for lithium-ion batteries | |
KR20220047070A (ko) | 직물소재를 이용한 리튬-황 전지 양극, 이를 포함하는 리튬-황 전지 및 그 제조방법 | |
CN113690435B (zh) | 一种锂离子二次电池极片及其制备方法和应用 | |
Yao et al. | SnSe2 encapsuled in N-doped carbon nanofibers as self-supporting anode for lithium-ion storage | |
CN114622347A (zh) | 一种纤维膜及其制备的方法与应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |