[发明专利]一种柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料，其特征在于，氮掺杂多孔碳纳米纤维中均匀弥散地嵌入了V₈C₇纳米颗粒。

2.一种如权利要求1所述柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，首先分别以聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、乙酰丙酮氧钒(VO(acac)₂)为含氮碳源、含氮造孔剂和钒源，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为限域溶剂，制得纺丝溶液；然后将纺丝溶液进行静电纺丝制得无纺布薄膜；最后将无纺布薄膜进行预氧化和高温碳化，最终获得柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料(V₈C₇/NPCNFs)。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将N,N-二甲基甲酰胺作为溶剂，加入一定质量比的聚丙烯腈和聚乙烯吡咯烷酮，均匀搅拌使二者充分溶解，然后再加入一定质量的乙酰丙酮氧钒，充分搅拌得到纺丝溶液；其中，乙酰丙酮氧钒、聚丙烯腈与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为0.8～1.2∶1∶0.25～2；

(2)将步骤(1)所得到的纺丝溶液进行静电纺丝得到无纺布薄膜；

(3)将步骤(2)得到的无纺布薄膜进行预氧化和高温碳化，得到柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，具体步骤为：将平均分子量为80000～150000的聚丙烯腈与平均分子量为10000～40000的聚乙烯吡咯烷酮加入到N,N-二甲基甲酰胺中，50～60℃持续搅拌12～24h，充分溶解后，加入乙酰丙酮氧钒，60～70℃持续搅拌12～24h，充分溶解，制得纺丝溶液。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)制备的纺丝溶液中聚丙烯腈的质量体积浓度为10～13g/mL。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，静电纺丝参数如下：负高压为-3～-1kV，正高压为10～15kV，滚筒收集器的转速为70～140r/min，针头与接收滚筒之间距离为12～18cm，纺丝溶液推速为0.1～0.5mm/min，针头规格为19G。

7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，预氧化过程在空气气氛中进行，温度为200～260℃，升温速率为2～5℃/min，保温时间为4～8h。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，碳化过程在氩气气氛中进行，温度为850～1000℃，升温速率为1～3℃/min，保温时间3～6h。

9.如权利要求1所述柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料在锂硫电池电极材料中的应用，其特征在于，将柔性自支撑七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维复合材料通过切片机切片，然后与单质硫在惰性气氛保护下进行热熔复合，其中惰性气氛为氩气，热熔温度为155℃，热熔时间为12～15h，之后升温至170℃去除表面硫，最终得到应用于锂硫电池的硫/七碳化八钒/氮掺杂多孔碳纳米纤维柔性自支撑正极材料。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，制备的锂硫电池正极材料中活性硫的面积质量为2～5mg/cm²。