[發明專利]一種核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010559160.5
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111724999B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 方華;張永霞;王利霞;張林森;吳詩德;賈曉東;閆繼;鄒偉
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 鄭州博派知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41137
• 代理人: 榮永輝

本發明涉及一種核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料及其制備方法，屬于電池技術領域。本發明的核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料的制備方法包括如下步驟：1）將碳納米管、間苯二酚、甲醛在水中混合反應30?80min；2）向步驟1）反應后的體系中加入草酸，反應200?260min；3）將步驟2）反應后的體系固液分離，干燥，在惰性氣氛下，500?600℃保溫3.5?4.5h，得到碳納米管/活性炭復合材料；4）將步驟3）得到的碳納米管/活性炭復合材料與氫氧化鉀混合，在700?850℃碳化2?5h，即得。本發明的核鞘結構的碳納米管/活性炭復合材料的制備方法具有環境友好、工藝簡單等優點。

技術領域

本發明涉及一種核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料及其制備方法，屬于電池技術領域。

背景技術

超級電容器具有能量密度高、功率密度高、循環壽命長和自放電率低等優點，具有廣闊的應用前景。目前，超級電容器的電極材料以高比表面的活性炭為主。然而，活性炭一般以微孔為主，孔徑分布不合理且導電性差，造成材料的比容量低，大電流倍率性能差。開發高性能碳電極材料的制備工藝，優化其孔徑分布，提高能量密度，降低制造成本，對于開發高性能的超級電容器具有重要意義。

碳納米管具有一維管狀結構，其相互纏繞在一起形成三維多孔的網絡結構，有利于電解質離子的快速遷移和形成電化學雙電層，作為超級電容器的電極材料，具有倍率性能好的優點。然而，與活性炭相比，碳納米管比表面并不高，造成材料比電容較低，且其制備成本較高，限制了其實際應用。

因此，把活性炭高比表面的優點與碳納米管三維多孔網絡結構、高導電性的優點結合起來，研制碳納米管/活性炭復合材料，有望發揮二者之間的協同效應，制備出成本較低、高比表面和高性能的超級電容器用碳電極材料。

發明內容

本發明提供一種核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料的制備方法及由該方法制得的核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料。還提供了一種由該復合材料制得的超級電容器。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將碳納米管、間苯二酚、甲醛在水中混合反應30-80min；

2）向步驟1）反應后的體系中加入草酸，反應200-260min；

3）將步驟2）反應后的體系固液分離，干燥，在惰性氣氛下，500-600℃保溫3.5-4.5h，得到碳納米管/活性炭復合材料；

4）將步驟3）得到的碳納米管/活性炭復合材料與氫氧化鉀混合，在700-850℃碳化2-5h，即得。

所述碳納米管與間苯二酚的質量比為0.1:0.84-3.37。優選的，質量比為0.1:0.84-2.5。進一步優選的，為0.1:0.84-2.16。進一步優選的，為0.1:0.84-1.68。

所述間苯二酚與甲醛的質量比為0.84-3.37:0.455-1.82。優選的，該質量比為0.84-2.5:0.455-1.4。進一步優選的，該質量比為0.84-2.16:0.455-1.16。

步驟1）中反應溫度為55-90℃。

步驟1）中反應為在55-65℃反應20-50min，然后再在80-90℃反應10-30min。

步驟2）中的草酸與步驟1）中間苯二酚的質量比為0.21-0.86：0.84-3.37。優選的，該質量比為0.21-0.65：0.84-2.5。

步驟4）中碳納米管/活性炭復合材料與氫氧化鉀的質量比為1:3。

一種上述方法制得的核鞘納米電纜結構的碳納米管/活性炭復合材料。