[發明專利]一種改性方解石復合碳材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201710212796.0
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107045946A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發明（設計）人: 陳紹光
• 申請（專利權）人: 蘇州海凌達電子科技有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/38
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 顧伯興

技術領域

本發明涉及電容器材料這一技術領域，特別涉及到改性方解石復合碳材料的制備方法及其應用。

背景技術

超級電容器是近年來出現的一種介于傳統電容器和二次電池之間的新型環保儲能器件，它在保留傳統電容器功率密度大的特點的同時，其靜電容量可達法拉級甚至數千法拉，因此還有能量密度較高的特點，同時超級電容器還具有充放電速度快、充放電效率高、壽命長、安全性好、環境友好等優點，是一種新型、實用、高效的儲能器件。超級電容器按照儲能原理不同，可以分為兩類：(1)界面雙電層原理：固體電極浸在電解質溶液中，當施加低于溶液的分解電壓時，在固體電極與電解質溶液的不同兩相間電荷會在極短距離內分布、排列，從而形成緊密的電雙層。能量以電荷或濃縮的電子存儲在電極材料的表面，充電時電子通過外電源從正極傳到負極，同時電解質本體中的正負離子分開并移動至電極表面；放電時電子通過負載從負極移至正極，正負離子則從電極表面釋放并移動返回電解質本體中。從 1954年Beck申請活性炭做電極材料的雙電層電容器專利至今，對碳基超級電容器電極材料的研究已進行了40多年，技術已趨于成熟，主要集中在制備具有較高比表面積和較小內阻的多孔碳材料和對碳基材料進行改性研究等方面。經研究可滿足要求的碳基材料主要有：活性炭、碳黑、納米碳纖維、碳氣凝膠、碳納米管、玻璃碳、網絡結構活性炭以及某些有機物的炭化產物等。(2)贗電容原理：在電極表面或體相中的二維或準二維空間上電活性物質進行欠電位沉積發生高度可逆的化學吸附脫附或氧化還原反應產生與電極充電電位有關的電容。電極材料包括過渡金屬氧化物和導電高分子材料。

由于碳材料具有較高的比表面積、優異的導電能力、獨特的化學穩定性、良好的成型性，同時價格相對低廉、原料來源豐富、生產工藝也比較成熟，至今仍是超級電容器應用最廣泛的電極材料。研究發現，碳材料的比表面積、孔徑分布和表面性質等對超級電容器的性能有著重要的影響。此外，材料的安全方便合成和成本也是研究中所要考慮的因素。

方解石是一種碳酸鈣礦物，天然碳酸鈣中最常見的就是它。因此，方解石是一種分布很廣的礦物。方解石的晶體形狀多種多樣，它們的集合體可以是一簇簇的晶體，也可以是粒狀、塊狀、纖維狀、鐘乳狀、土狀等等。方解石主要用于人造石、人造地磚、天然橡膠、合成橡膠、涂料、塑料、復合新型鈣塑料、電纜、造紙、方解石牙膏、化妝品、玻璃、醫藥、油漆、油墨、電纜、電力絕緣、食品、紡織、飼料、粘結劑、密封劑、瀝青、建材、油氈建筑用品、防火天花板和日用化工等產品中作填充料。不僅可以降低各行業的產品成本，還可提高相關產品的作用和性能，起到增加產品的體積，是用途最為廣泛的無機填充母料之一。此外，在石油的催化裂化、分子篩、洗滌劑、凈化劑、產品改性、金屬冶煉、化工合成、航天航空、高溫超導、機械制造等等特別是高科技領域方解石有著極其廣泛的應用。

目前一般的超級電容器電極材料往往存在著比電容不高，活化溫度低，BET比表面積小等問題，這就需要研發人員從現有的普通材料入手，通過改性、復合等方式改變材料的性能，解決超級電容器材料的性能缺陷，促進這一領域的快速發展。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供改性方解石復合碳材料的制備方法，該工藝通過將乙炔炭黑和硫酸、方解石粉、苯乙烯磺酸鈉進行混合加熱，經保溫、冷卻、稀釋、離心分離、洗滌等一系列操作后得到改性方解石炭黑復合物，再加入磷酸氫二鋰、氯化鎳于反應釜中進行反應，干燥后進行酸處理，再將其與丙烯腈粉末、二甲基亞砜、正硅酸乙酯等經高溫反應的反應物混合，加入蒸餾水超聲分散，并添加甲基戊醇、四硫化三鈷、單壁碳納米管、氮化鋁粉、硅烷偶聯劑進行高溫反應，最后通過洗滌、真空干燥得到成品。制備而成的改性方解石復合碳材料，其比電容高，活化溫度高，BET比表面積大，具有較好的應用前景。同時還公開了由該制備工藝制得的改性方解石復合碳材料在制備超級電容器中的應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

改性方解石復合碳材料的制備方法，包括以下步驟：