[發(fā)明專利]一種以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法

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• 申請日: 2015-04-23
• 公開（公告）號: CN104953121A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹傳寶;侯建華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/058
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著不可再生的一次能源逐漸枯竭和環(huán)境污染的增加也日益嚴(yán)重，人們迫切需要高效、清潔、可持續(xù)的新能源和可再生清潔能源。在此背景下，新型化學(xué)儲能裝置(如二次電池、超級電容器等)得到了巨大的發(fā)展。鋰離子電池由于其具有較高的工作電壓、放電容量、循環(huán)壽命長以及安全性能好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車、空間技術(shù)和國防工業(yè)等領(lǐng)域，并成為近年來人們研究的熱點。

目前市場上鋰離子電池等其共同特點是具有一定的能量密度，但功率密度很低，充電時間長。因而難以滿足對功率密度要求很高的儲能裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。超級電容器又稱電化學(xué)電容器，它具有充放電速度快、效率高、對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點，但一般的超級電容器的能量密度比較低，限制了其廣泛使用。因此人們期待開發(fā)一種兼具高能量密度、高功率密度、長壽命的新型綠色儲能器件的出現(xiàn)。

作為一種新的綠色儲能器件，鋰離子電容電池兼有鋰離子電池的高能量密度和超級電容器的高功率。鋰離子電容電池開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)在于電極材料，而生物蛋白基摻氮多孔炭材料既有可以作為高能量密度的鋰離子電池的電極材料，又可以作為高功率密度的超級電容器的電極材料。因此，開發(fā)具有高氮元素含量，高比表面積、分級孔結(jié)構(gòu)的多孔炭材料的同時，與之相匹配電解液組裝鋰離子電容電池是高能量密度和高功率密度的器件關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明專業(yè)應(yīng)用強(qiáng)，并且設(shè)計工藝過程簡單，成本較低、清潔環(huán)保，易于產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)。目前利用生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法與應(yīng)用還尚未見專利報道。

本發(fā)明的目的在于提供了以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法，針對現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度和功率密度低，尤其是在大倍率充放電時能量密度更低的問題，提供一種高功率、高能量密度新型儲能器件，使鋰離子電容電池應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，特別是提高純電力汽車電源功率、能量密度的等具有重要意義。

本發(fā)明還提供了所述的以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：將生物蛋白基摻氮多孔炭材料(活性物質(zhì))、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，按82:10:8的比例，加蒸餾水或者有機(jī)溶劑混合制成漿料，反復(fù)研磨和碾壓漿料得到的薄片狀電極材料，將所述電極材料放在相應(yīng)大小的集流體上，10兆帕冷壓40s，然后110℃下烘干，得到鋰離子電容電池的極片。

步驟二：將極片/隔膜/鋰片或者鋰鹽，組裝成“三明治”結(jié)構(gòu)，在不同的電解液中進(jìn)行鋰離子電容電池的器件測試。

本發(fā)明所述的提供了一種以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法。通過該方法獲得的高功率、高能量密度鋰離子電容電池，經(jīng)采用循環(huán)伏安法、恒流充放電法、交流阻抗法(CHI660D電化學(xué)工作站)，對鋰離子電容電池的性能進(jìn)行全面的測試表征。結(jié)果表明：組裝成的鋰離子電容電池具有優(yōu)秀電化學(xué)特性表現(xiàn)，即具有高的比電容、低的等效串聯(lián)電阻和良好的充放電效率，特別是高倍率下的充放電，其容量衰減不明顯，可見生物蛋白基摻氮多孔炭材料可以作為鋰離子電容電池的電極材料。

有益效果：

1、本發(fā)明為本發(fā)明提供了一種以生物蛋白基摻氮多孔炭材料為負(fù)極材料的鋰離子電容電池的制備方法，設(shè)計工藝過程簡單、方便控制、易于產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)和清潔生產(chǎn)；

2、本發(fā)明提供的電極材料比表面積大、浸潤性好，串聯(lián)電阻小、孔徑分布合理等；

3、本發(fā)明提供了在大電流使用條件下的鋰離子電容電池，例如：在大電流密度的恒流充1A?g^-1和10A?g^-11865mAh/g，1005mAh/g，同時具有優(yōu)越的循環(huán)壽命，1C恒流充放電循環(huán)300次容量仍然高達(dá)1287mAh/g。

附圖說明

圖1a為本發(fā)明用絲素蛋白基摻氮多孔炭材料制備的鋰離子電容電池的恒流充放電曲線圖。

圖1b為本發(fā)明用絲素蛋白基摻氮多孔炭材料制備的鋰離子電容電池的循環(huán)伏安圖。

圖1c為本發(fā)明用絲素蛋白基摻氮多孔炭材料制備的鋰離子電容電池的不同倍率恒流充放電容量圖。

圖1d為本發(fā)明用絲素蛋白基摻氮多孔炭材料制備的鋰離子電容電池的不同倍率恒流充放電循環(huán)壽命圖。

圖2為為本發(fā)明用絲素蛋白基摻氮多孔炭材料制備的鋰離子電容電池的300次充放電前后的交流阻抗圖。