[發明專利]基于氮硫共摻雜多孔碳微球材料的電容器電極及制備方法

有效

• 申請號: 201710795058.3
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107689303B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 金輝樂;王舜;羅茂君;王繼昌;余小春;馮鑫;李俊
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明涉及一種基于氮硫共摻雜多孔碳微球復合材料的電容器電極及其制備方法，所述方法包括如下步驟：S1：將六氯丁二烯、二乙基二硫代氨基甲酸碲(TDEC)以及溶劑在高溫高壓下進行密閉反應；S2：反應結束后，泄壓至常壓，并自然冷卻至室溫，將所得固體干燥，得到干燥樣品；S3：將所述干燥樣品在惰性氣體保護下進行高溫焙燒處理，從而得到所述氮硫共摻雜多孔碳微球復合材料。所述氮硫共摻雜多孔碳微球復合材料具有優異的電學性能，從而可應用于電容器領域，尤其是超級電容器領域，具有良好的應用前景和工業化潛力。

技術領域

本發明提供了一種復合材料及其制備方法與用途，更具體而言，提供了基于氮硫共摻雜多孔碳微球復合材料的電容器電極及其制備方法，屬于無機功能材料和電極技術領域。

背景技術

超級電容器作為一種新型的清潔能源技術，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置，具有大容量、高功率、長壽命、成本低廉、環境友好等優越的性能，是能量儲存領域的一項革命性發展，并可在某些領域取代傳統蓄電池、發揮電池不能發揮的優勢。

然而，目前以活性炭為超級電容器的電極材料還存在大電流充放電困難、能量密度偏低、循環壽命短等缺陷，這極大地限制了超級電容器的大規模應用和產業化。

因此，尋找新型結構的碳材料如一維結構的碳納米管或碳納米纖維、二維結構的石墨烯、三維多級結構的多孔碳等成為目前的研究熱點。這些新型材料雖然可以有效地提高其性能，但仍存在這成本高、合成過程復雜等諸多缺陷，并不能滿足超級電容器的實際應用要求。

目前，具有高比表面積，優異的導電性和穩定性的碳材料例如碳納米管、介孔碳等已被廣泛地應用于超級電容器方面，例如：

CN10445144A公開了一種氮硫雙摻雜介孔碳電極材料、制備方法及應用。其電極材料的前驅體包括以質量百分比計的20～85％模板劑、10～75％含氮化合物和5～50過渡金屬鹽。制備方法為：將模板劑、含氮化合物和過渡金屬鹽溶于溶劑中，得到前驅體；前驅體焙燒還原得到一次碳化材料；含氮介孔碳材料經酸洗，再次焙燒還原，得到氮硫雙摻雜介孔碳材料電極。其在超級電容器中的應用為：將電極材料與乙炔黑、粘結劑、分散劑的混合溶液轉移到玻碳電極上；使用電化學工作站，在不同濃度的電解質溶液中進行三電極體系測試。此發明提供的電極材料為多級孔結構，具有高比表面積，是一種優良的超級電容器材料。

CN105931855A公開了一種水溶液法合成聚(苯胺-噻吩)復合材料，高溫熱解合成氮硫共摻雜碳材料，化學氧化法合成氮硫共摻雜碳-聚苯胺復合材料并應用于超級電容器的研究，包括以下步驟：制備聚(苯胺-噻吩)復合材料、制備氮硫共摻雜碳材料、制備氮硫共摻雜碳-聚苯胺復合材料電極。此發明的有益效果是：復合材料擁有更好的導電性，更小的電極電阻，更好的電容性能，且表現出更好的循環穩定性。

CN103979533B公開了一種以動物毛發和水溶性淀粉為原料制備用于超級電容器的氮硫雙摻雜活性炭的方法。將動物毛發和水溶性淀粉溶于NaOH溶液中，依次經過水熱碳化和NaOH活化步驟，再經過蒸餾水洗凈烘干后即制得氮硫雙摻雜的活性炭電極材料。所制備的氮硫雙摻雜的活性炭具有較高的比電容值，在6mol/L KOH 電解液中，比電容值最高可達350F/g。此發明所有原料動物毛發和水溶性淀粉均為可再生的生物質資源，來源豐富且成本低：活性炭的制備工藝簡單，既是生物質資源的高附值利用，也有效降低了超級電容器電極材料的成本。

CN105140050A公開了一種氮硫共摻雜蠕蟲狀石墨超級電容器電極材料的制備方法，將天然鱗片石墨與氫氧化鈉混合，然后放置于微波爐中在1000℃下微波處理2～5min，然后自然冷卻，洗滌干燥等得到蠕蟲狀石墨電極材料。此發明制備了一種同時具有導電性好、比表面積大、吸附活性點多的多孔狀石墨電極材料，具有良好的電容性能。