【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超薄自支撑电极，具体是一种超薄自支撑电极的制作方法。
技术介绍
1、有效的能量储存对于间歇可再生能源的利用至关重要。由于锂离子电池具有高能量密度、高功率密度和长循环寿命的优点，因此其已被广泛用于各种领域。然而，电动汽车和移动数字设备对更快充电和放电速率的需求不断增长，这给将电池的高容量与电容器的高速率性能相结合的储能技术的需求带来了压力。
2、在多孔电极内，离子传输的阻抗可以表现出不同的长度范围。在充放电循环过程中，li+通过多孔电极扩散。在电极尺度上设计具有较小离子传输阻抗的电极是促进电化学的有前途的策略。主要研究人员，如newman、zeyu和其他人已经使用模拟计算来研究不同厚度的电极对电化学性能的影响。模拟计算表明，为了确保电极的最佳利用，电极应该更薄。在hyeon等人进行的研究中，通过射频溅射沉积成功获得了厚度小于200nm的sn薄膜阳极。通过电化学性能测试、原位xrd和有限元模拟得出结论，随着sn薄膜阳极材料变薄，电化学性能提高。然而，值得注意的是，尽管实现了高电化学性能，但是sn薄膜电极沉积在18微米厚的铜箔上。类似地，jinsol等人通过在铜箔上化学气相沉积获得厚度小于100纳米的si薄膜阳极，从而实现了高电化学性能。事实上，大多数研究人员已经利用化学和物理沉积方法在各种基底材料上制备薄膜。然而，活性材料相对于基底的质量百分比小于3％，这严重限制了薄膜阳极材料的实际应用。为了应对这些挑战，chen等人创新性地设计了一种生产超薄独立式锂箔的方法，该方法已成功集成到厚度为0.5至20μm的锂金
3、下一代电池最关键的要求之一是能够快速充电，而不会出现容量下降，并保持稳定的循环稳定性。美国能源部(doe)规定动力电池在快速充电和500次循环后应保持80％以上的循环稳定性。然而，使用石墨作为主要阳极材料存在挑战，因为其在快速充电条件下的性能和循环稳定性较差。为了解决这一问题，各种碳质材料，如碳纳米管，石墨烯和碳纳米纤维(cnfs)复合材料已被探索作为快速充电阳极材料中石墨的潜在替代品。在这些材料中，cnfs表现出有吸引力的特性，例如通过三维网络的快速电子转移和有效的li+传输通道，使它们成为快速充电和放电阳极材料的有前途的候选材。尽管合成了具有不同形态的多孔cnfs，包括中空、中孔和多通道cnfs，但是它们在快速充电条件下的性能目前是有限的。在锂离子电池系统中，快速充电需要更高的氧化还原反应速率，这反过来需要增强离子和电子传输。以高电导率为特征的碳纳米纤维具有改善离子传输的潜力，从而实现高速性能。hang等人研究了cnfs形态和空间特性对其电化学性能的影响。他们发现，具有暴露离子传输通道的cnfs(称为mccnfs)在1a/g时表现出300mah/g的可逆比容量。然而，以前对cnfs结构的研究主要集中在修改中空cnfs和多孔cnfs，对cnfs的层数和厚度对电化学性能的影响的研究有限。此外，目前cnfs的电化学性能仍然不足。为了提高锂离子电池阳极电极材料的电化学性能，控制传输阻抗被认为是至关重要的。基于此设计一种超薄自支撑电极的制作方法，通过用超薄碳纳米纤维代替传统碳纳米纤维，碳纳米纤维的少层结构显著缩短了li+的扩散路径，增强了电子导电性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超薄自支撑电极的制作方法，通过用超薄碳纳米纤维代替传统碳纳米纤维，碳纳米纤维的少层结构显著缩短了li+的扩散路径，增强了电子导电性，并且表现出更高比例的吡咯n，导致更明显的假电容效应，这些因素有效地改善了比容量和倍率性能。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种超薄自支撑电极的制作方法，包括以下步骤：
3、s1、通过控制系统来控制静电纺丝的纺丝时间，制作出不同厚度的多孔超薄纳米纤维膜，碳化后，形成不同厚度的多孔超薄碳纳米纤维膜。
4、s2、将多孔超薄碳纳米纤维膜作为超薄自支撑电极。
5、所述步骤s1中，静电纺丝包括以下步骤：
6、a1、将1.3g pan和8.7g dmf在ptfe瓶中混合，并在磁力搅拌下置于50℃油浴中12小时，直到前体溶液达到均匀透明的状态。
7、a2、将前体溶液转移到10ml注射器中，将该注射器固定在静电纺纱机上，铝箔用作接收器，放置在距离注射器的钝针针尖18厘米处。
8、a3、静电纺纱机开始工作，在35℃的温度、40％的相对湿度以及施加2kv的负电压和25kv的正电压下进行静电纺丝，制作多孔超薄碳纳米纤维膜。
9、所述步骤a3中，静电纺纱机工作步骤如下：
10、b1、静电纺纱机上的推进泵推动注射器，注射器内部的溶液以0.45ml/h的速率向铝箔表面进行喷射，同时注射器沿静电纺纱机上的平行滚筒方向来回移动，持续30分钟，以获得多孔超薄纳米纤维膜。多孔超薄纳米纤维膜的厚度小于400nm，而长度和宽度可以达到厘米级，使其适合用作自支撑电极。
11、b2、收集多孔超薄纳米纤维膜并在50℃下保持12h以除去溶剂，然后将其切成数个7×9cm的矩形片。
12、b3、将这些矩形片放在石英管中的两个石墨片之间，先放置在空气中，以2℃/min的速率将温度从室温升至280℃，持续2h，然后放置在氮气中，在650℃下保温3h，以获得多孔超薄碳纳米纤维膜。
13、静电纺纱机工作时，不同的静电纺丝时间，注射器的喷射时间不同，多孔超薄纳米纤维膜的厚度不同，制作出的多孔超薄碳纳米纤维膜的厚度也不同。
14、本专利技术通过用超薄碳纳米纤维代替传统碳纳米纤维，碳纳米纤维的少层结构显著缩短了li+的扩散路径，增强了电子导电性，并且表现出更高比例的吡咯n，导致更明显的假电容效应，这些因素有效地改善了比容量和倍率性能。
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1.一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤S1中，静电纺丝包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤A2中，将前体溶液转移到10mL注射器中，将该注射器固定在静电纺纱机上，铝箔用作接收器，放置在距离注射器的钝针针尖18厘米处。
4.根据权利要求2所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤A3中，静电纺纱机工作步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤B2中，收集多孔超薄纳米纤维膜并在50℃下保持12h以除去溶剂，然后将其切成数个7×9cm的矩形片。
6.根据权利要求4所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤B3中，将这些矩形片放在石英管中的两个石墨片之间，先放置在空气中，以2℃/min的速率将温度从室温升至280℃，持续2h，然后放置在氮气中，在650℃下保温3h，以获得多孔超薄碳纳米纤维膜。
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...【技术特征摘要】
1.一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤s1中，静电纺丝包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤a2中，将前体溶液转移到10ml注射器中，将该注射器固定在静电纺纱机上，铝箔用作接收器，放置在距离注射器的钝针针尖18厘米处。
4.根据权利要求2所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤a3中，静电纺纱机工作步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种超薄自支撑电极的制作方法，其特征在于：所述步骤b2...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，岳晨曦，杨可佳，唐意，陈翰，朱博灿，周枳彤，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：
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