[发明专利]形成超级电容器的电极的方法

说明书

本申请为2009年2月27日递交的申请号为200910118317.4并且发明名称为“纳米碳纤维的形成方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明是涉及纳米碳纤维，更特别涉及应用此纳米碳纤维的储能组件。

背景技术

现今的可携式电子产品如数字相机、手机、笔记型计算机均需轻量化的电池。在各式电池中，可重复充电的锂电池、其单位重量所能提供的电量比传统电池如铅蓄电池、镍氢电池、镍锌电池、或镍镉电池高三倍。此外，锂电池还具有可快速充电的好处。

锂电池电极多使用碳材，例如负极材料可为碳材，例如中间相碳微球(MCMB)或石墨纤维(或粉)。然因电极材料结构因素，目前锂电池无法以高功率输出，另一方面，锂电池可搭配超级电容器改善功率输出低的问题，超级电容器电极材料主要采用活性碳。本发明是以纳米碳纤维做为可应用于锂电池电极材料及超级电容器等储能组件的新碳材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形成纳米碳纤维的方法，该纳米碳纤维是新型的碳材并可应用于锂电池电极材料及超级电容器等储能组件。

本发明提供一种形成纳米碳纤维的方法，包括提供聚丙烯腈溶液；纺丝聚丙烯腈溶液以形成多条纳米纤维，其中纳米纤维迭合成网状；热氧化纳米纤维以形成多条纳米氧纤维；以及微波纳米氧纤维以形成多条纳米碳纤维。

本发明的方法的优点在于：其所形成的纳米碳纤维具有导电性，适用于锂电池的导电材。本方法还可进一步活化上述的纳米碳纤维使其具有多孔结构，以应用于超级电容器的电极。

附图说明

图1是本发明一实施例中的锂电池的示意图；

图2是本发明一实施例中的锂电池充放电效率；以及

图3a-3b是本发明一实施例中，连续式纳米碳纤维及多孔纳米碳纤维的电子显微镜放大图；

其中，主要组件符号说明：

1～正极；        2～容置区域；

3～负极；        5～隔离膜；

6～封装结构；    10～锂电池。

具体实施方式

本发明提供一种形成纳米碳纤维的方法。首先，将聚丙烯腈溶于有机性溶剂以形成聚丙烯腈溶液。聚丙烯腈的来源可为自行合成或市售的聚丙烯腈共聚物，重量平均分子量(MW)介于200000至300000之间。适用于溶解聚丙烯腈的有机溶剂可为二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)或上述的混合，其聚丙烯腈浓度约介于5wt％至30wt％之间。

接着以纺丝上述聚丙烯腈溶液形成多条纳米纤维。纺丝法可为放电纺丝法或溶液喷丝法。放电纺丝法的施加电压为20至50kV，而溶液喷丝法的纺嘴气体压力介于1-5kg/cm²。越强的施加电压及纺嘴气体压力所形成的纳米纤维越细，而越低浓度的聚丙烯腈溶液所形成的纳米纤维越细。值得注意的是，纳米纤维是迭合而非交织成网状，纤维直径介于100至1000nm之间，且平均纤维直径介于150至500nm之间。

接着热氧化上述的纳米纤维网，使其形成纳米氧纤维网。热氧化制备工艺是于含氧氛围下以200至300℃的温度氧化聚丙烯腈。

接着微波碳化上述的纳米氧纤网使其形成纳米碳纤维网。碳化制备工艺是于氮气氛围下，利用5kW至15kW的微波加热纳米氧纤维，使其碳化成纳米碳纤维。在本发明另一实施例中，也可在微波碳化后辅以传统热源如900至1400℃的高温炉再次碳化，可直接应用于二次锂电池的导电材。

上述纳米碳纤维可作为二次锂电池的电极组成之一，可应用但不限定于图1所示的锂电池10。在图1中，正1与负极3之间具有隔离膜5，用以定义容置区域2。在容置区域2中含有电解质溶液。此外，上述结构外为封装结构6，用以包覆正极1、负极3、隔离膜5、及电解质溶液。