[發明專利]煤基硼摻雜納米炭片電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810050837.5
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108428561A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 張蘇;李靜;曹亞麗;王魯香;朱家瑤;賈殿贈;賈麗霞
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: H01G11/44
• 分類號: H01G11/44;H01G11/36;H01G11/38;H01G11/86;H01G11/24
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所 65105
• 代理人: 湯建武;周星瑩

本發明涉及電容器電極材料技術領域，是一種煤基硼摻雜納米炭片電極材料及其制備方法，該煤基硼摻雜納米炭片電極材料，按照下述步驟得到：將煤粉與強氧化劑溶液混合，得到氧化煤溶液，將其洗滌后烘干，得到氧化煤，將氧化煤和硼酸在去離子水中混合，得混合溶液，將混合溶液烘干，得到混合物，將混合物進行炭化處理并洗滌后干燥，得到煤基硼摻雜納米炭片電極材料。本發明以來源廣泛的煤和廉價的硼酸作為原料，用于超級電容器電極材料，具有電極容量大、倍率特性好、大電流充放電性能和循環穩定性能更優異的特點；本發明制備方法簡單，耗時短，成本低，能實現煤炭資源的有效利用和極大程度上降低環境污染，適用于宏量制備。

技術領域

本發明涉及超級電容器電極材料技術領域，是一種煤基硼摻雜納米炭片電極材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器是一種重要的電化學儲能設備，其性能取決于電容器所用的電極材料。炭材料是最常見的商用電極材料。活性炭材料具有較大的比表面積、良好的導電性和循環性能、制備工藝簡單、原料豐富、成本較低，最早應用于超級電容器電極材料。但是，活性炭也存在一些固有的缺陷，其粒徑大，孔道雜亂無章、分布不均勻、大多數以微孔為主。這限制了電解液對其表面的充分的浸潤，且阻礙了離子在電極材料中的擴散，從而其導致儲能容量低，且大電流性能不佳，限制了其在高性能超級電容器電極材料中的應用。

我國煤炭資源儲量豐富，煤種齊全。煤基炭材料是現代煤化工的一種重要產品，但是其制備過程污染嚴重、原料損失率大、能耗高、附加值低，不符合可持續發展戰略和環保要求。開發一種新型低污染方法宏量制備高性能、高附加值煤基炭電化學儲能電極材料不僅能夠實現煤炭資源的充分有效利用，而且能夠極大程度上降低環境污染、增加經濟效益。

發明內容

本發明提供了一種煤基硼摻雜納米炭片電極材料及其制備方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有存在電容器電極材料的電極容量小、倍率特性差，大電流充放電性能不佳和循環穩定性不高的問題。

本發明的技術方案之一是通過以下措施來實現的：第一步，將煤炭粉碎，篩分處理后，得到煤粉，將煤粉與強氧化劑溶液混合攪拌均勻，進行液相氧化反應，得到氧化煤溶液，將氧化煤溶液洗滌至中性后烘干，得到氧化煤；第二步，將所需量的氧化煤和硼酸按重量比為1:0.1至10的比例在去離子水中溶解后混合均勻，得混合溶液；第三步，將混合溶液烘干，得到混合物，將混合物在保護氣體的氣氛下，按5℃/min速度的升溫程序，由室溫升到600℃至900℃，對混合物進行炭化處理；第四步，將炭化處理后的混合物樣品經去離子水洗滌至洗滌液為中性時，對混合物樣品進行干燥，得到煤基硼摻雜納米炭片電極材料。

下面是對上述發明技術方案之一的進一步優化或/和改進：

上述強氧化劑溶液為濃硫酸、濃硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。

上述篩分處理時使用200目的篩分儀器。

上述保護氣體為氮氣。

上述將混合溶液烘干的溫度設置為100℃至120℃。

本發明的技術方案之二是通過以下措施來實現的：一種煤基硼摻雜納米炭片電極材料的制備方法，按照下述步驟進行：第一步，將煤炭粉碎，篩分處理后，得到煤粉，將煤粉與強氧化劑溶液混合攪拌均勻，進行液相氧化反應，得到氧化煤溶液，將氧化煤溶液洗滌至中性后烘干，得到氧化煤；第二步，將所需量的氧化煤和硼酸按重量比為1:0.1至10的比例在去離子水中溶解后混合均勻，得混合溶液；第三步，將混合溶液烘干，得到混合物，將混合物在保護氣體的氣氛下，按5℃/min速度的升溫程序，由室溫升到600℃至900℃，對混合物進行炭化處理；第四步，將炭化處理后的混合物樣品經去離子水洗滌至洗滌液為中性時，對混合物樣品進行干燥，得到煤基硼摻雜納米炭片電極材料。

下面是對上述發明技術方案之二的進一步優化或/和改進：