[发明专利]碳纤维材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种碳纤维材料、其制备方法和锂离子电池。所述碳纤维材料包括石墨化碳纤维，所述石墨化碳纤维相互搭接形成多孔网络结构，所述石墨化碳纤维表面具有微孔。本发明的碳纤维材料具有多孔网络结构，在碳纤维之间有很多的碳纤维交错形成的纳米结构间隙，非常有利于电解液的扩散和锂离子的脱嵌，有利于提升材料的比表面积和储锂性能，同时，石墨化的碳纤维相比于普通的碳纤维，具有更好的导电性能，石墨化碳纤维表面的微孔有利于锂吸附离子在碳纤维表面和边缘上进行存储从而增加容量。本发明的碳纤维材料应用于锂离子电池，能够显著提升电池的性能。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，涉及一种碳纤维材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

碳纤维具有质量轻、强度高、耐温和耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于体育器械、航空航天、轨道交通、汽车等多个领域。碳纤维石墨化可以使其结构趋向于理想石墨结构，拉伸模量大幅提升，具有耐热冲击好、热膨胀系数小、在无氧下可耐3500℃、抗燃性和导电性优良、耐腐蚀等特点，因此，碳纤维的石墨化研究对于其推广和应用具有重要意义。

碳纤维石墨化技术的核心在于对碳纤维进行超高温热处理，一般碳材料的石墨化温度普遍在2500℃左右，能耗较高。例如，CN110409018A公开了一种干喷湿纺高强度模耐磨聚丙烯腈基碳纤维的制备方法，其制备方法包括：步骤1，石墨化：将干喷湿纺聚丙烯腈原丝经预氧化和碳化得到的碳化纤维在2300-2500℃下进行石墨化热拉伸处理，石墨化时间为60-120s，拉伸倍率为1.01-1.04；步骤2，表面处理，采用阳极氧化电化学处理，对步骤1得到的石墨化碳纤维进行表面处理，电量为50-100C/g，最后上浆，干燥，上浆剂含量为1.0-1.5％，得到高强高模耐磨聚丙烯腈基碳纤维。CN111962287A公开了一种使用焦耳热技术制备高性能低成本石墨化碳纤维的工艺，其通过引入焦耳热加热法制备了高性能低成本石墨化碳纤维，即得到的石墨化碳纤维弹性模量高于350MPa，同时由于是利用碳纤维的导电和电阻性质直接通电作用于碳纤维本身，由此方法加热碳纤维其加热温度最高可达2800℃。

由上可知，现有技术一般通过高温加热的方式使碳纤维发生纤维化，但是存在着能耗高的问题，而且对其进行结构改进获得高性能的石墨化碳纤维是一大研究难题，因此，研究一种高性能的石墨化碳纤维及其制备、改性方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维材料、其制备方法和锂离子电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种碳纤维材料，所述碳纤维材料包括石墨化碳纤维，所述石墨化碳纤维相互搭接形成多孔网络结构，所述石墨化碳纤维表面具有微孔。

本发明的碳纤维材料具有多孔网络结构，在碳纤维之间有很多的碳纤维交错形成的纳米结构间隙，非常有利于电解液的扩散和锂离子的脱嵌，有利于提升材料的比表面积和储锂性能，同时，石墨化的碳纤维相比于普通的碳纤维，具有更好的导电性，同时石墨化碳纤维表面的微孔有利于锂吸附离子在碳纤维表面和边缘上进行存储从而增加容量。

本发明的碳纤维材料作为负极活性物质和/或作为导电剂制成电极，并应用于锂离子电池，具有容量高、导电性好、倍率性能优异的优点。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

优选地，所述微孔通过采用低共熔溶剂的烟气对纤维类生物质碳进行刻蚀得到，所述低共熔溶剂包括卤代胆碱和卤代铁盐。