一种聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于储能材料技术领域，具体为一种聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料及其制备方法。本发明的复合电极材料以静电纺聚丙烯腈纳米纤维和聚酰胺酸高分子为前驱体，借助自组装过程、冷冻干燥技术、亚酰胺化和碳化等方法制备得到。其中，预氧化的聚丙烯腈纳米纤维表面拥有十分丰富的含氧官能团，所以极易与聚酰胺酸分子链上的羧基进行结合，从而发生自组装过程。所制备的复合碳气凝胶电极材料是由一维碳纳米纤维和二维片状碳所构成的三维复合材料，极大地提升了材料本身的比表面积，为电荷的高效吸附提供了更多的活性位点，拓宽了该类材料的应用范围。本发明复合电极材料可广泛应用于超级电容器、锂离子电池等能量存储领域。
【专利说明】
一种聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着石油、化石能源的不断枯竭和人们对清洁能源需求的日益增大，开发新型高性能储能器件不仅能减少能量在储存运输过程中的消耗，还能满足人们在不同场所的用能需求。超级电容器是目前研究比较广泛的一类新型能量存储器件，其拥有充放电速率快、能量密度高、循环寿命长等突出的优点，是锂离子电池的可行替代器件。根据储能机理的不同，超级电容器电极材料主要可以分为两大类:赝电容超级电容器材料和双电层超级电容器材料。其中，赝电容超级电容器材料主要由具有高活性的金属氧化物/金属氢氧化物/金属硫化物等所构成，其一般具有比容量大、能量密度高等优点，但是由于赝电容材料本身较差的导电性使其倍率稳定性和循环稳定不能满足高性能电极材料的要求。而碳基双电层超级电容器材料由于主要借助静态电荷吸附/脱附的机理进行电能存储，所以往往不能储存充足的电量，而这正是限制其性能得到进一步提升的关键所在。随着研究的深入，人们发现双电层电容材料的储能性能与材料可吸附电荷的活性位点存在直接联系，也就是电极材料的比表面积越大，双电层电容材料的储能性越优异，所以提升材料比表面积是进一步提升碳基双电层电容材料储能性能的关键途径之一。
[0003]静电纺聚丙烯腈基碳纳米纤维膜是一类性能优异的碳材料，已被广泛应用于能量存储领域，但其单一的维度构成极大地限制了它的比表面积，从而抑制了其电化学活性的提升。因此，本发明首先通过高速搅拌的方法将静电纺聚丙烯腈纳米纤维膜打散，形成纳米纤维分散液，而后将其与水溶性的聚酰胺酸混合，得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸分散液。最后，上述分散液在冷冻干燥、热亚胺化和碳化等过程后，便能形成具有三维网络结构的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料。该聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料由一维的碳纳米纤维和二维的片状碳所构成，极大地提升了材料本身的比表面积，为电荷的高效吸附提供了更多的活性位点，大大拓宽了该类材料的应用范围。本发明所制备的复合电极材料可作为理想的高性能超级电容器电极材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备过程环保、性能优异的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料及其制备方法。
[0005]本发明提供的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，由静电纺聚丙烯腈纳米纤维和水溶性聚酰胺酸为前驱体，通过高速搅拌、冷冻干燥、热亚胺化和碳化等过程制备得到。
[0006]本发明提供的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，具体步骤如下:
(1)在机械搅拌下，配制一定浓度的聚丙烯腈(PAN)纺丝液；
(2)采用静电纺丝法，制备聚丙烯腈纳米纤维膜；
(3)通过程序升温，对步骤(2)制备的聚丙烯腈纳米纤维进行预氧化，得到表面有含氧基团的氧化聚丙烯腈(记为o-PAN)纳米纤维膜；
(4)在匀浆机的高速搅拌下将步骤(3)制备的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜进行均匀分散，得到聚丙烯腈纳米纤维的分散液；
(5)将水溶性聚酰胺酸高分子溶解在去离子水中，搅拌得到聚酰胺酸溶液；
(6)将步骤(4)和步骤(5)的溶液混合、搅拌，得到高度分散的o-PAN纳米纤维和聚酰胺酸的共混分散液；
(7)将步骤(6)得到的分散液在冰箱或液氮中冷冻为固体，随后在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶，记为o-PAN/PAA;
(8)将步骤(7)得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶在氮气保护下，进行热亚胺化和碳化两个步骤，最终得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶材料，记为oP ；
(9)将步骤(8)得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶材料与无水氢氧化钾进行研磨均匀后，在氮气保护下，进行活化，所得材料记为A-oP。
[0007]本发明步骤(I)中，聚丙烯腈纺丝液所用的溶剂为N，N_二甲基甲酰胺，聚丙烯腈(PAN)纺丝液的浓度(质量分数)为10%?15%。
[0008]本发明步骤(2)中，所述的静电纺丝的工艺参数为:纺丝容器为针孔直径为0.5mm的5 mL塑料注射器，电压为15?20 kV，流速为0.2?0.3臟/1^11，接收距离为10~20 cm。
[0009]本发明步骤(3)中，所述的程序升温速率为l~2°C/min，升至平台温度230?280°C后保持1.5-2.5 h(优选2 h)0
[0010]本发明步骤(4)中，对预氧化的聚丙烯腈纳米纤维的高速搅拌借助型号为IKAT25的匀浆机实现，搅拌速度为15000?21000 r/min，优选搅拌速度为18000 r/min，搅拌时间为20?40 min，优选搅拌时间为30 min。
[0011]本发明步骤(5)中，所述的水溶性聚酰胺酸的制备方法同专利CN104355302A。
[0012]本发明步骤(5)中，所述的合成聚酰亚胺的二元胺单体包括对苯二胺(PPDA)、4，4’_二胺基二苯醚(ODA)，二元酐单体包括均苯四甲酸二酐(PMDA)、联苯四羧酸二酐(BPDA)、二苯醚四羧酸二酐(ODPA)。
[0013]本发明步骤(5)中，所述的合成聚酰亚胺的极性溶剂包括N，N_二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺。
[0014]本发明步骤(6)中，所述的分散液总固含量为2~4%，且PAA的质量分数为O?34%(优选1-34%)。
[0015]本发明步骤(7)中，所述的热亚胺化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以1-2 °C/min的升温速率从室温升至300 °C，并分别在100 °C , 200 °C，300 V保持0.5 h，0.5 h，l h，然后自然降至室温。
[0016]本发明步骤(7)中，所述的碳化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以4.5-5.5 °C/min的升温速率(优选5°C/min的升温速率)从室温升至800?1400 °C，保持0.5?2 h，然后自然降至室温。
[0017]本发明步骤(9)中，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶材料与无水氢氧化钾固体之间的质量比为1:3.5-1:4.5，优选质量比为1:4。
[0018]本发明步骤(9)中，所述的活化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以8-12°C/min的升温速率从室温升温至440-460 °C，保持0.8_1.2h，继续升至730 _750°C保持2.5-3.5h(优选以10 °C/min的升温速率从室温升温至450 °C，保持I h，继续升至750 °(:保持3 h)，然后自然降至室温。
[0019]附图1为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备过程示意图。
[0020]本发明制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶材料，由一维的碳纳米纤维和二维的片状碳所构成的三维复合材料，极大地提升了材料本身的比表面积，为电荷的高效吸附提供了更多的活性位点，大大拓宽了该类材料的应用范围。本发明所制备的复合碳气凝胶材料可作为理想的高性能超级电容器电极材料。
[0021]使用傅里叶变换红外线光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电化学工作站来表征本发明所获得的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的表面化学结构、形貌及用作超级电容器电极材料的储能性能，其结果如下:
(1)本发明中所制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺复合碳气凝胶电极材料拥有极低的密度，而且在聚酰胺酸掺入量为0.33时(oP-33.3)表现出极好的压缩强度，在50 g砝码的作用下不发生明显形变，这相对于不掺入聚酰胺酸(oP-Ο)的单一维度聚丙烯腈纳米纤维电极材料有了较大幅度的改善，说明本发明所提出的复合材料制备方案对提升材料的力学压缩性能具有较大的优异性，参见附图2;
(2)FTIR测试结果表明:聚丙烯腈纳米纤维表面富含大量氰基，在2245cm—1处有较明显的吸收峰，而将其分散在聚酰胺酸溶液中形成聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶后，由于聚酰亚胺在纤维表面的均匀包覆使得氰基的吸收峰发生较明显的削弱，这也说明了聚酰亚胺与聚丙烯腈纤维之间的紧密结合作用。其次，由于聚酰胺酸在热亚胺化作用下生成了酰亚胺的五元环，故在1780 cm—1, 1720 cm—1, 1378 cm—1和725 cm—1处形成了明显的吸收峰。将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶进行碳化后，在1625 cm—1和1150 cm―1处出现了两个宽的吸收峰，分别对应于C=C和C-N的伸缩振动峰，参见附图3;
(3)SEM测试结果表明:本发明所制备的亚酰胺是由一维聚丙烯腈基碳纳米纤维和二维聚酰亚胺基片状碳组装而成。这种特殊的纤维贯穿结构不仅有利于复合电极材料结构的稳定性，而且能大大提升电极材料的电解液浸润性，为静态电荷的吸附提供更多的活性位点，从而大幅提升材料的储能性能，参见附图4;
(4)TEM测试结果表明:聚酰亚胺基碳层均匀包覆在纳米纤维表面，这更为直观地解释了聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺复合气凝胶的红外测试中氰基吸收峰减弱的现象。此外，部分包覆在纳米纤维表面的碳层继续向外延展，得到大面积的片状碳，从而促成了 SEM照片中特殊结构的形成，参见附图5;
(5)电化学测试结果表明，所制备的活化的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺复合电极材料具有优异的电化学储能性能，其在2 mV s—1的扫描速率下最高比电容为可达307.2 F g—1，这一数值明显高于现有绝大多数的碳材料，同时还具有稳定的倍率性能和高循环寿命。
[0022]本发明与现有技术相比，具有显著的优点:(I)通过高速搅拌的方法，成功将静电纺纳米纤维膜打散并重塑，可得到具有三维网络结构的宏观气凝胶，大大拓宽了静电纺纳米纤维膜的应用范围；(2)在静电纺纳米纤维气凝胶内部引入聚酰胺酸组分，实现了两组分快速、高效的自组装，并且使所制备的杂化材料的力学性能得到了大幅度的提升；(3)—维碳纳米纤维和二维片状碳之间相互贯穿连接，大大提升了材料的比表面积，为静电电荷的高效吸附提供了更多的活性位点，有利于提高材料的储能性能。
【附图说明】
[0023]图1是本发明聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备过程示意图。
[0024]图2是本发明所制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的数码照片。其中(a)是将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料放在蒲公英上的照片；(b)为不同组分聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的承重能力比较图。
[0025]图3是本发明所制备的不同阶段的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的红外分析图。
[0026]图4是本发明所制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的SEM照片。
[0027]图5是本发明所制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的TEM照片。
[0028]图6是本发明中所制备的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的循环伏安曲线图、恒电流充放电曲线、倍率稳定性图和循环稳定性图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0030]实施例1
在30 mL DMF中搅拌溶解3 g聚丙烯腈(PAN)粉末，得到聚丙烯腈纺丝液，并通过静电纺丝技术将其纺成纳米纤维膜，具体参数为:纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL塑料注射器，电压为18 1^，流速为0.2 mm/min，接收距离为15 cm，纺丝时间为I h。随后把聚丙稀腈原丝进行预氧化处理得到预氧化的聚丙烯腈(o-PAN)纳米纤维膜，具体参数为:升温速率为2°C/min，升至平台温度250°C后保持2 h。称取I g上述o-PAN纳米纤维在18000 r/min高速搅拌30 min后分散于50 mL的去离子水中，得到悬浮液(I)。同时，将2 g水溶性聚酰胺酸溶解于另外50 mL去离子水中，快速搅拌后即可得到聚酰胺酸溶液。
[0031]随后，在18000 r/min的搅拌速度下将悬浮液(I)和聚酰胺酸溶液进一步混合，搅拌10 min后即可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的混合溶液，将倒入固定形状的模具中，并通过液氮将其冷冻，在冷冻干燥机中冷冻干燥48 h后得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶，记为o-PAN/PAA-33.3。
[0032]之后，通过热亚胺化和碳化过程，可将上述聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶进一步转变为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，记为oP-33.3。所述的热亚胺化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以2 °C/min的升温速率从室温升至300 °C，并分别在100 °C, 200 °C，300 °C保持0.5 h，0.5 h，l h后自然降至室温。所述的碳化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以5 °C/min的升温速率从室温升至800 V，保持I h后自然降至室温。最后，将3 g的oP-33.3与12 g氢氧化钾进行充分研磨混合，在氮气保护下进行活化，并用去离子水进行反复洗涤至中性后，烘干得到活化的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，记为A-oP-33.3。其中，所述的活化过程的具体参数如下:以10 °C/min的升温速率从室温升温至450 °C，保持I h，继续升至750 °C保持3 h后自然降至室温。
[0033]实施例2
在30 mL DMF中搅拌溶解3 g聚丙烯腈(PAN)粉末，得到聚丙烯腈纺丝液，并通过静电纺丝技术将其纺成纳米纤维膜，具体参数为:纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL塑料注射器，电压为18 1^，流速为0.2 mm/min，接收距离为15 cm，纺丝时间为I h。随后把聚丙稀腈原丝进行预氧化处理得到预氧化的聚丙烯腈(o-PAN)纳米纤维膜，具体参数为:升温速率为2°C/min，升至平台温度250°C后保持2 h。称取2 g上述o-PAN纳米纤维在18000 r/min高速搅拌30 min后分散于50 mL的去离子水中，得到悬浮液(I)。同时，将I g水溶性聚酰胺酸溶解于另外50 mL去离子水中，快速搅拌后即可得到聚酰胺酸溶液。
[0034]随后，在18000 r/min的搅拌速度下将悬浮液(I)和聚酰胺酸溶液进一步混合，搅拌10 min后即可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的混合溶液，将其倒入固定形状的模具中，并通过液氮将其冷冻，在冷冻干燥机中冷冻干燥48 h后得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶，记为o-PAN/PAA-16.7。
[0035]之后，通过热亚胺化和碳化过程，可将上述聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶进一步转变为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，记为oP-16.7。所述的热亚胺化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以2 °C/min的升温速率从室温升至300 °C，并分别在100 °C, 200 °C，300 °C保持0.5 h，0.5 h，l h后自然降至室温。所述的碳化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以5 °C/min的升温速率从室温升至800 V，保持I h后自然降至室温。最后，将3 g的oP-16.7与12 g氢氧化钾进行充分研磨混合，在氮气保护下进行活化，并用去离子水进行反复洗涤至中性后，烘干得到活化的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，记为A-oP-16.7。其中，所述的活化过程的具体参数如下:以10 °C/min的升温速率从室温升温至450 °C，保持I h，继续升至750 °C保持3 h后自然降至室温。
[0036]实施例3
在30 mL DMF中搅拌溶解3 g聚丙烯腈(PAN)粉末，得到聚丙烯腈纺丝液，并通过静电纺丝技术将其纺成纳米纤维膜，具体参数为:纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL塑料注射器，电压为18 1^，流速为0.2 mm/min，接收距离为15 cm，纺丝时间为I h。随后把聚丙稀腈原丝进行预氧化处理得到预氧化的聚丙烯腈(o-PAN)纳米纤维膜，具体参数为:升温速率为2°C/min，升至平台温度250°C后保持2 h。称取3 g上述o-PAN纳米纤维在18000 r/min高速搅拌30 min后分散于50 mL的去离子水中，并倒入固定形状的模具中，冷冻干燥48 h后得到单一组分的聚丙烯腈纳米纤维气凝胶，记为o-PAN-0。
[0037]之后，通过碳化过程，可将上述单一组分的聚丙烯腈纳米纤维气凝胶进一步转变为单一组分的聚丙烯腈碳纳米纤维气凝胶电极材料，记为oP-Ο。所述的碳化过程(氮气保护下进行)的具体参数如下:以5 °C/min的升温速率从室温升至800 °C，保持I h后自然降至室温。最后，将3 g的oP-Ο与12 g氢氧化钾进行充分研磨混合，在氮气保护下进行活化，并用去离子水进行反复洗涤至中性后，烘干得到活化的单一组分的聚丙烯腈碳纳米纤维气凝胶电极材料，记为A-oP-Ο。其中，所述的活化过程的具体参数如下:以10 °C/min的升温速率从室温升温至450 °C，保持I h，继续升至750 °C保持3 h后自然降至室温。
[0038]上述的电化学测试方法中相关的工艺参数如下:将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料与乙炔黑、PTFE乳液(60%)按质量比8:1:1均匀混合，然后涂敷在泡沫镍集流体上。其中，PTFE乳液需要用乙醇破乳。将涂敷好的泡沫镍电极放在120 0C的恒温干燥箱中干燥至恒重，通过质量差减法计算涂在泡沫镍集流体上的电极材料的质量。最后通过压片机将所制备的电极片在10 MPa的压力下维持I min，即可制备得到测试所需用的电极片。
【主权项】
1.一种聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下: (1)在机械搅拌下，配制聚丙烯腈(PAN)纺丝液； (2)采用静电纺丝法，制备聚丙烯腈纳米纤维膜； (3)通过程序升温，对步骤(2)制备的聚丙烯腈纳米纤维进行预氧化，得到表面有含氧基团的氧化聚丙烯腈(记为o-PAN)纳米纤维膜； (4)在高速搅拌下，将步骤(3)制备的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜进行均匀分散，得到聚丙烯腈纳米纤维的分散液； (5)将水溶性聚酰胺酸高分子溶解在去离子水中，搅拌得到聚酰胺酸溶液； (6)将步骤(4)和步骤(5)的溶液混合、搅拌，得到高度分散的o-PAN纳米纤维和聚酰胺酸的共混分散液； (7)将步骤(6)得到的分散液在冰箱或液氮中冷冻为固体，随后在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶，记为o-PAN/PAA; (8)将步骤(7)得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸复合气凝胶在氮气保护下，进行热亚胺化和碳化两个步骤，最终得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，记为oP; (9)将步骤(8)得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料与无水氢氧化钾进行研磨均匀后，在氮气保护下，进行活化，所得材料记为A-oP。2.根据权利要求1所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的配制聚丙烯腈纺丝液所用的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，聚丙烯腈纺丝液质量浓度为10%?15%。3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的静电纺丝的工艺参数为:纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL塑料注射器，电压为15?20 kV，流速为0.2?0.3 mm/min，接收距离为10~20cm04.根据权利要求3所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的程序升温，升温速率为l~2°C/min，升至平台温度230?280 °C 后保持 1.5-2，52h。5.根据权利要求1、2或4所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(4)中，对预氧化的聚丙烯腈纳米纤维的高速搅拌借助型号为IKA T25的匀浆机实现，搅拌速度为15000?21000 r/min，搅拌时间为20?40 min。6.根据权利要求5所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(6)中，所述的分散液总固含量为2~4%，且PAA的质量分数为O?34%。7.根据权利要求1、2、4或6所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(8)中，所述的热亚胺化过程的具体参数如下:以1-2 °C/min的升温速率从室温升至300 °C，并分别在100 °C ^200 °C ^300 V保持0.5 h、0.5 h、lh，然后自然降至室温;所述的碳化过程的具体参数如下:以4.5-5.5 °C/min的升温速率从室温升至800?1400 °C，保持0.5?2 h，然后自然降至室温。8.根据权利要求7所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料的制备方法，其特征在于步骤(9)中，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶材料与无水氢氧化钾固体之间的质量比为1:3.5-1:4.5; 所述的活化过程的具体参数如下:以8-12 °C/min的升温速率从室温升温至440-4600C，保持0.8-1.2h，继续升至730 -750 °C保持2.5-3.5h，然后自然降至室温。9.一种由权利要求1-8之一所述的制备方法制备得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料，是由一维的碳纳米纤维和二维的片状碳所构成的三维复合材料。10.如权利要求9所述的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基复合碳气凝胶电极材料作为高性能超级电容器的电极材料。
【文档编号】H01G11/36GK105845455SQ201610303353
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】刘天西, 赖飞立, 缪月娥, 左立增
【申请人】复旦大学