[發明專利]一種納米電極材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710223940.0
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107068422B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 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: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/44;B82Y40/00
• 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

本發明公開了一種納米電極材料的制備方法及其應用，該工藝通過將石墨氧化后得到石墨氧化物，再與氨水混合加熱處理，隨后在氮氣保護下高溫處理得到活化產物，再進行改性，接著置于反應釜中加入去離子水與無水乙醇的混合溶劑、聚乙烯吡咯烷酮和正硅酸丙酯，經高溫處理后得到中間復合物，接著將中間復合物固化處理、球磨處理、碳化處理，最后再加入N?甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、溴化鋰、納米氧化鈦、導電劑、粘結劑，經攪拌、涂覆、烘干、輥壓等步驟制成電極片。制備而成的納米電極材料，其比電容高，比能量大，內阻小，具有較好的應用前景。同時還公開了由該制備工藝制得的納米電極材料在制備超級電容器中的應用。

技術領域

本發明涉及電容器材料這一技術領域，特別涉及到一種納米電極材料的制備方法及其應用。

背景技術

傳統化石能源資源的日益匱乏和環境的日趨惡化，有力地促進了太陽能和風能等可再生能源的發展。但太陽能、風能具有波動性和間歇性，需要有效的儲能裝置保證其能夠穩定的在電網中并網工作。同時，電動汽車產業的快速發展也迫切需要發展成本低、環境友好、能量密度高的儲能裝置。超級電容器又稱電化學電容器，是介于傳統電容器和二次電池之間的一種新型儲能器件。其電荷存儲能力遠高于常規物理電容器，且充放電速率、效率和安全性遠優于蓄電池。

超級電容器在很多領域都有廣闊的應用前景：(1)后備電源：目前超級電容器應用最廣的部分是電子產品領域，主要是充CMOS(互補金屬氧化物半導體)保護、計時器、鐘表、錄像機、移動電話等的后備電源。(2)替換電源：例如白晝-黑夜的轉換，白天太陽能提供電源并對超級電容器充電，晚上則由超級電容器提供電源。典型的應用有：太陽能手表、太陽能燈、路標燈、公共汽車停車站時間表燈、汽車停放計費燈和交通信號燈等。(3)主電源：通過一個或幾個超級電容器釋放持續幾毫秒到幾分鐘的大電流，放電之后，超級電容器再由低功率的電源充電。典型應用包括電動玩具，航空模型等。(4)功率輔助電源：與蓄電池并聯使用，超級電容器提供功率輔助，平衡電源體系的脈沖功率。目前已應用于數碼相機、數碼攝像機、太陽能電池設備和燃料電池設備等。特別是在電動汽車上的應用，給超級電容器的發展提供了廣闊的空間。例如在汽車啟動、加速、爬坡時提供高功率，以保護蓄電池，在剎車時回收儲存多余能量。

目前越來越多的研究關注的提高超級電容器的電化學性能，尤其提高其比電容、充放電循環性能等。目前的研究表面，超級電容器的電極材料是制約其性能的關鍵因素之一，而活性炭材料具有的大的比表面積、高的中孔率、低的電阻率、化學性能穩定、孔結構可控、價格低廉、來源廣泛等優點，使其作為超級電容器的理想電極材料。目前制備活性炭材料通常以石油、煤炭、木材、果殼、樹脂等為原料，經過炭化階段和活化階段制備而成。石墨儲量豐富，品位很高，碳含量為60％～65％，甚至高達80％～98％，結晶肉眼可見，材料內部空隙大，具有天然的蜂窩狀孔洞結構。另外，其化學性質極其穩定，耐溫差性能、耐腐蝕性能極好。然而，直接用石墨作為超級電容器的電極材料往往存在比電容不高、比能量不足、內阻較大等問題。為此，研究一種易于操作、成本低的用改性石墨氧化物制備超級電容器用電極材料，已解決傳統石墨材料自身的缺陷，具有明顯的經濟效益和社會效益。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種納米電極材料的制備方法，該工藝通過將石墨氧化后得到石墨氧化物，再與氨水混合加熱處理，隨后在氮氣保護下高溫處理得到活化產物，再進行改性，接著置于反應釜中加入去離子水與無水乙醇的混合溶劑、聚乙烯吡咯烷酮和正硅酸丙酯，經高溫處理后得到中間復合物，接著將中間復合物固化處理、球磨處理、碳化處理，最后再加入N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、溴化鋰、納米氧化鈦、導電劑、粘結劑，經攪拌、涂覆、烘干、輥壓等步驟制成電極片。制備而成的納米電極材料，其比電容高，比能量大，內阻小，具有較好的應用前景。同時還公開了由該制備工藝制得的納米電極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：

一種納米電極材料的制備方法，包括以下步驟：