[發(fā)明專利]同步聚合法制備電極材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710019492.2
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106848217B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊應(yīng)奎;陸贇;李冉;高鵬遠(yuǎn);張愛清
• 申請（專利權(quán)）人: 中南民族大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/48;C01B32/05
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮(zhèn)西

本發(fā)明公開了一種同步聚合法制備電極材料的方法，將有機(jī)醇類單體和無機(jī)氧化物前驅(qū)體混合均勻并加入酸催化，使兩種單體同步聚合成相互結(jié)合的兩種高聚物的混合物，經(jīng)過萃取、干燥后，在無氧環(huán)境下碳化得到碳材料和無機(jī)氧化物的復(fù)合電極材料，或者在有氧環(huán)境下煅燒除去碳元素以得到純粹的無機(jī)氧化物電極材料。該方法制備的碳材料與無機(jī)氧化物的復(fù)合電極材料有著比電容量較大，倍率性能較好、導(dǎo)電性較好以及循環(huán)性能較好等突出優(yōu)勢，在電化學(xué)領(lǐng)域中有著較好的發(fā)展前景。同時(shí)也可以除去復(fù)合電極材料中的無機(jī)氧化物，得到純粹的碳材料；或者在空氣中碳化，得到純粹的無機(jī)氧化物電極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電極材料的制備方法，特別是指一種同步聚合法制備電極材料的方法。

背景技術(shù)

隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，能源污染步步逼近，能源危機(jī)問題顯得越來越嚴(yán)峻。在這樣的背景情況下，要求發(fā)展新能源材料變得迫在眉睫。尤其是電化學(xué)儲能與轉(zhuǎn)換技術(shù)，作為一種應(yīng)對能源危機(jī)的新興技術(shù)，由于同時(shí)具有環(huán)境友好和高效的特點(diǎn)而受到重視。而電化學(xué)儲能與轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心在于電化學(xué)器件，電化學(xué)器件的核心則在于電極材料。

電極材料主要包括無機(jī)氧化物電極材料、導(dǎo)電聚合物電極材料與碳材料三大類。其中，無機(jī)氧化物電極材料(主要是金屬氧化物)包括RuO₂、TiO₂、SnO₂等，其主要特點(diǎn)在于該材料制成的電化學(xué)器件有著較高的比能量和比功率，但是缺點(diǎn)在于該材料成本太高、導(dǎo)電性較差、倍率以及循環(huán)性能較差且重金屬不易回收。導(dǎo)電聚合物材料包括PPY、PTH、PAS、PFPT等經(jīng)P型或N型或P/N型摻雜的材料，該電極的優(yōu)勢在于有著很高的比電容量以及很小的內(nèi)阻，但是其循環(huán)性能以及穩(wěn)定性上卻有所制約。

碳材料主要包括活性碳電極材料、碳纖維電極材料、碳?xì)饽z電極材料以及碳納米管電極材料，該類材料擁有極好的導(dǎo)電性以及循環(huán)、倍率性能，但其比電容較小，故對該材料的研究主要在提升比電容上。目前，針對碳材料電極比電容較小的問題，主要包括以下解決方案：制備多孔活性碳電極材料、制備無機(jī)氧化物以及碳材料的復(fù)合材料以及對碳材料進(jìn)行化學(xué)摻雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種同步聚合法制備電極材料的方法，將同步聚合法應(yīng)用到電極材料的制備中，制備出比電容量較大、快充快放以及循環(huán)性能好的電極材料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的同步聚合法制備電極材料的方法，將有機(jī)醇類單體(第一種單體)和無機(jī)氧化物前驅(qū)體(第二種單體)混合均勻并加入酸催化，使兩種單體同步聚合成相互結(jié)合的兩種高聚物的混合物；經(jīng)過萃取、干燥后，在無氧環(huán)境下碳化得到碳材料和無機(jī)氧化物的復(fù)合電極材料，或者在有氧環(huán)境(空氣或氧氣)下焚燒除去碳元素以得到純粹的無機(jī)氧化物電極材料。

優(yōu)選地，該同步聚合法制備電極材料的方法具體包括以下步驟：

1)同步聚合：將有機(jī)醇類單體和無機(jī)氧化物前驅(qū)體按等官能團(tuán)比進(jìn)行混合，加入酸催化劑，在不超過100℃的溫度下反應(yīng)2～59h，得到棕色產(chǎn)物A；同步聚合的反應(yīng)時(shí)間隨溫度而變化，溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越短，例如，在80℃～100℃下反應(yīng)2～3h，而在室溫下需要反應(yīng)16～59h；溫度超過100℃時(shí)會(huì)導(dǎo)致有機(jī)酸引發(fā)劑大量揮發(fā)并可能因反應(yīng)過快而產(chǎn)生爆聚；

2)萃取和干燥：對產(chǎn)物A進(jìn)行反復(fù)萃取，取下層高聚物的濁液進(jìn)行真空干燥，得到棕黑色產(chǎn)物B；

3)碳化：將產(chǎn)物B磨細(xì)后放在磁舟之中，再將磁舟放在管式馬弗爐內(nèi)，在無氧環(huán)境下加熱碳化；碳化完全后，冷卻得到純黑色產(chǎn)物C，即為碳材料和無機(jī)氧化物的復(fù)合電極材料。

通過前述步驟得到復(fù)合電極材料后，可進(jìn)一步將所述復(fù)合電極材料通過化學(xué)腐蝕的方式刻蝕掉其中的無機(jī)氧化物，純化干燥后得到不含無機(jī)氧化物的碳電極材料。