[發明專利]一種用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球及其制備方法

有效

• 申請號: 201811113939.3
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109192530B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 楊宇;楊帥;張健
• 申請（專利權）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 李祺;張潔

本發明提出一種用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球及其制備方法，屬于電極材料技術領域，該制備方法步驟簡單、可控性強、合成周期短，制備獲得的碳摻雜氧化鐵空心球的碳摻雜量低，氧化鐵與碳材料連接緊密，且成膜性好。該碳摻雜氧化鐵空心球的制備方法包括以下步驟：取羧基修飾的聚苯乙烯微球；將微球分散于溶劑中，加入硝酸鐵和均苯三甲酸，混合均勻，得反應液，水熱反應后離心收集微球并干燥，重復此步驟2～10次，得到MIL?100(Fe)包覆聚苯乙烯微球，高溫燒結后即得碳摻雜氧化鐵空心球。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，尤其涉及一種用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球及其制備方法。

背景技術

氧化鐵屬于半導體，其導電能力較差，作為電極材料時，通常需加入導電劑，以提高電子在氧化鐵納米顆粒之間的傳輸。此外，也有通過氧化鐵與碳材料或導電高分子材料復合的方式，來克服氧化鐵材料導電能力差的問題。

目前，已合成的氧化鐵與碳材料的復合材料多種多樣，例如，專利CN103915633A合成了氧化鐵與碳纖維復合材料，專利CN106449157A合成了氧化鐵與石墨烯復合材料，專利CN103903873A合成了氧化鐵與多壁碳納米管/導電碳布的復合材料，專利CN105244484A合成了氧化鐵與石墨烯-聚酰亞胺基碳氣凝膠復合材料。

然而，上述氧化鐵與碳材料的復合材料，普遍存在以下問題：(1)復合過程復雜且較難控制，材料的一致性較差，復合效率較低，合成周期長，成本高，很難實現批量生產制造；(2)加入的碳材料占比較大，而這些碳材料對于超級電容器的容量和能量密度的貢獻很小，因而導致超級電容器整體的能量密度和容量變小，制約了氧化鐵用于超級電容器的發展；(3)上述復合材料在制備電極時，成膜效果較差，易造成層與層之間接觸阻抗的增加，使超級電容器的內阻增大；(4)上述復合材料中，氧化鐵與碳材料的連接不緊密，經多次充放電循環后，氧化鐵顆粒易從碳材料上脫落，造成電極導電性下降和電極材料的粉化。

因而，如何提供一種碳材料摻雜量小、復合過程簡單且易控制，同時復合連接牢固且成膜性好的氧化鐵與碳復合材料，是當前急需解決的一項技術問題。

發明內容

本發明針對上述的技術問題，提出一種用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球及其制備方法，該制備方法步驟簡單、可控性強、合成周期短，制備獲得的碳摻雜氧化鐵空心球的碳摻雜量低，氧化鐵與碳材料連接緊密，且成膜性好。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明提供了一種用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、取羧基修飾的聚苯乙烯微球；

步驟二、將微球分散于溶劑中，加入硝酸鐵和均苯三甲酸，混合均勻，得反應液，在125℃下水熱反應3h，離心收集微球并干燥；

步驟三、重復步驟二2～10次，得到MIL-100(Fe)包覆聚苯乙烯微球；

步驟四、將得到的MIL-100(Fe)包覆聚苯乙烯微球置于400℃下燒結30min，得到碳摻雜氧化鐵空心球。

作為優選，步驟二的所述反應液中，微球的濃度為1.5～2g/mL，硝酸鐵的濃度為0.025～0.05g/mL，均苯三甲酸的濃度為0.0067～0.01g/mL。

作為優選，步驟二中，用于分散微球的溶劑為去離子水。

作為優選，步驟一中，所述羧基修飾的聚苯乙烯微球的粒徑為120～800nm。

作為優選，步驟四中，燒結時以2℃/min的升溫速率進行升溫。

本發明還提供了利用上述任一項技術方案所述的制備方法制備得到的用于超級電容器的碳摻雜氧化鐵空心球。