[发明专利]一种中空管状结构柔性材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种中空管状结构柔性材料的制备方法及其应用，该方法包括如下步骤：1)配置纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮与无水乙醇混合形成溶液a，将乙酸盐与醋酸、无水乙醇、蒸馏水混合形成溶液b，然后将溶液a与溶液b混合，充分搅拌均匀，得到纺丝液；2)静电纺丝：将步骤1)所得的纺丝液置入静电纺丝装置中，调节喷嘴至转轮的距离进行静电纺丝，得到纺好后的M(Ac)₂/PVP纤维毡；3)碳化处理：将步骤2)所得的M(Ac)₂/PVP纤维毡依次进行干燥处理和煅烧处理，最后自然冷却至室温，即可。本发明方法制备的中空管状结构柔性材料为碳骨架支撑的空心管状，该材料作为锂电池电极能够对锂负极的膨胀和收缩有一定的抑制作用，提升了电极的柔性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体地指一种中空管状结构柔性材料的制备方法及其应用。

背景技术

一维纳米材料是指直径介于1～100nm，且具有较大的长径比，由于一维纳米材料具有特殊的物理化学特性，如较高的比表面积，快速电子传送特性等，自1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管以来，人们对一维纳米材料的研究越来越多。一维纳米材料的制备方法很多，如自组装法、模板法、气液固合成法、水热法和纺丝方法等。其中，静电纺丝方法是一种简单有效制备一维结构纳米材料的方法，利用静电纺丝技术不仅可以合成高分子纳米纤维，而且可以通过后续热处理制备出无机纳米纤维。对于其纤维形貌，静电纺丝技术不仅可以制备出纳米线，而且还可以制备出不同形貌结构的纤维，如项链状中空结构、核壳结构等。对于较复杂结构的纳米纤维，如管中线、管中管结构，大都采用同轴电纺丝技术制备，通过采用同轴电纺技术还可以制备出核壳分离结构的纳米纤维。

然而，同轴电纺技术比较复杂，工艺控制比较困难，要求内外两种溶液在纺丝过程中还不能发生互溶，这在溶剂的选择上受到了限制。因此，有必要通过简单的手段来合成结构比较复杂的纳米管状结构。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种中空管状结构柔性材料的制备方法，该方法制备的柔性材料为碳骨架支撑的中空管状结构，具有高纯度、更均一的介孔性能；此外，本发明还提供了一种中空管状结构柔性材料的应用，该材料作为锂电池电极不仅能够对锂负极的膨胀和收缩有一定的抑制作用，提升了电极的柔性。

为实现上述第一发明目的，本发明提供一种中空管状结构柔性材料的制备方法，其特征在于，包括如下方法：

1)配置纺丝液：将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与无水乙醇混合形成溶液a，将乙酸盐(M(Ac)₂·4H₂O)与醋酸、无水乙醇、蒸馏水混合形成溶液b，然后将溶液a与溶液b混合，充分搅拌均匀，得到纺丝液；

2)静电纺丝：将步骤1)所得的纺丝液置入静电纺丝装置中，调节喷嘴至转轮的距离进行静电纺丝，得到纺好后的M(Ac)₂/PVP纤维毡；

3)碳化处理：将步骤2)所得的M(Ac)₂/PVP纤维毡依次进行干燥处理和煅烧处理，最后自然冷却至室温，即可。

上述技术方案中，所述步骤1)中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与无水乙醇的固液比为1：5～20(g/mL)。

上述技术方案中，所述步骤1)中，醋酸、无水乙醇、蒸馏水的体积比为1：(0.4～1)：(0.4～1)；所述乙酸盐(M(Ac)₂·4H₂O)与醋酸、无水乙醇、蒸馏水三者混合液的固液比为1：5～10(g/mL)。

上述技术方案中，所述乙酸盐(M(Ac)₂·4H₂O)为乙酸钴或者乙酸镍。

上述技术方案中，所述步骤1)中，溶液a与溶液b的体积比为1：1～3。