[发明专利]一种制备多层自支撑碳膜的方法

说明书

本发明公开了一种制备多层自支撑碳膜的方法，包括以下步骤：(1)以碳前驱体为原料，溶解于溶剂中得到前驱溶液；(2)将前驱溶液平铺在表面铺有PE膜或PP膜的硬质基板上，接着在上面新平铺一层PE膜或PP膜，然后再平铺前驱溶液，由此得到多层前驱溶液层；烘干得到多层前驱体膜；(3)对多层前驱体膜进行热解处理即可得到多层自支撑的碳基膜。本发明通过对关键的多层前驱体膜附着的材料等进行改进，与现有技术相比首次获得了多层自支撑的碳基膜，并且能够有效解决自支撑碳基膜与基板之间容易粘连而导致分离时易损坏自支撑碳基膜等问题。

技术领域

本发明属于自支撑碳膜的制备技术领域，更具体地，涉及一种制备多层自支撑碳膜的方法，尤其可用于制备多层自支撑硅碳复合膜等碳基膜。

背景技术

碳材料在电池领域有广泛的应用，特别是在锂离子电池和钠离子电池负极方面具有比容量高、循环性能好等特点，与其他活性材料复合可有效降低整体比表面积、增加导电性和提高循环寿命。

大部分情况下，碳材料以粉体形式存在，其高比表面积使其应用有限，同时也可能造成健康问题。如果将碳材料制备成连续的块体或者自支撑膜，则可降低其比表面，拓展其应用领域。所谓自支撑膜，是指没有支撑材料或衬底的情况下能保持膜状结构的膜。而自支撑膜的制备工艺往往比较复杂，或直接采用成品膜进行碳化，其结构和成分调整范围较窄(专利201711370331.4)；或需要从硬基板上进行剥离，可能会造成膜在剥离的过程中损伤(专利201580012433.1)；或需要静电纺丝，生产效率低(专利201310578359.2)。而且，目前尚缺乏一种同时制备多层自支撑碳膜的方法。因此，探索一种工艺简单、能大批量生产的自支撑碳膜制备工艺具有重大的应用价值。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种制备多层自支撑碳膜的方法，其中通过对关键的多层前驱体膜附着的材料等进行改进，与现有技术相比首次获得了多层自支撑的碳基膜，并且能够有效解决自支撑碳基膜与基板之间容易粘连而导致分离时易损坏自支撑碳基膜等问题；并且，本发明还通过对多层前驱体膜后续所采用的热解处理工艺进行优选控制，采用特定温度及处理时长的预氧化处理和碳化处理，进一步确保了多层自支撑碳基膜产物的质量。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种制备多层自支撑碳基膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以碳前驱体为原料，将其溶解于溶剂中形成碳前驱体溶液；然后基于该碳前驱体溶液得到前驱溶液；

(2)将所述步骤(1)得到的所述前驱溶液平铺在表面铺有PE膜或PP膜的硬质基板上，形成最底层前驱溶液层；接着，在该最底层前驱溶液层上新平铺一层PE膜或PP膜，然后再将所述前驱溶液平铺在该新PE膜或新PP膜上，形成次底层前驱溶液层，由此得到多层前驱溶液层；然后进行烘干处理，得到多层前驱体膜；

(3)对所述多层前驱体膜进行热解处理即可得到多层自支撑的碳基膜。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(3)中，所述热解处理包括预氧化处理和碳化处理两个阶段，其中，所述预氧化处理是在200℃-300℃的温度下于空气中进行加热处理1-4小时，所述碳化处理是在1100℃-1400℃的温度下于保护性气体气氛下进行加热处理1-3小时，所述保护性气体为氮气或氩气；

当所述硬质基板在所述碳化处理所处温度条件下不稳定时，所述步骤(3)具体是先将所述步骤(2)得到的烘干处理后的硬质基板与最底层的PE膜或PP膜分离，得到附着在PE膜或PP膜上的多层前驱体膜；接着，再对所述附着在PE膜或PP膜上的多层前驱体膜进行热解处理得到多层自支撑的碳基膜；

当所述硬质基板在所述碳化处理所处温度条件下稳定时，所述步骤(3)具体是直接将所述步骤(2)得到的烘干处理后的硬质基板与其上的所述多层前驱体膜一起进行热解处理使多层前驱体膜反应生成多层自支撑的碳基膜，最后再将该硬质基板与所述多层自支撑的碳基膜分离得到多层自支撑的碳基膜。