[發明專利]一種無溶劑法微米碳球材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010737615.8
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111762772B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 周亮;杜寰;馮世豪;麥立強
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/04;H01M4/133;H01M4/587;H01M10/0525;H01M10/054;H01M10/42;H01G11/42;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明提供一種無溶劑法微米碳球材料的制備方法，包括如下步驟：稱取間苯二胺、六亞甲基四胺、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物；將稱取的物質放入研體，加入去離子水，通過研磨，得到白色膠狀物樣品；將白色膠狀物樣品裝入容器，再置于反應釜中，經高溫燒結，冷卻后即得微米碳球材料。本發明通過固態水熱法結合反應釜燒結獲得微米碳球，在后期的碳化和活化后，可以得到高比表面積的微米碳球，實現了固體材料之間的分子分散和組裝，工藝簡單，無需使用溶劑，具有污染小、操作簡易、安全性高、選擇性高、反應效率高等優點。

技術領域

本發明涉及納米材料與電化學器件技術領域，具體涉及一種無溶劑法微米碳球材料的制備方法。

背景技術

環境污染和能源問題是現在社會關注的熱點之一，開發高效率的能源儲存設備是當下改善環境污染和能源匱乏問題的有效途徑。超級電容器是最近發展特別迅速的能量儲存器件，其靠對電解質離子的靜電吸附作用進行儲能，中間不發生電化學反應，所以超級電容器具有功率密度大、循環壽命長等顯著優點。超級電容器的電極材料的性能對于其電化學表現來說具有至關緊要的作用。

電極材料是決定超級電容器性能的重要因素之一，碳材料由于具有高的比表面積、均勻和可調的孔結構、良好的導電性和優異的化學穩定性等特性，這些獨特的化學和物理特性是其作為超級電容器最理想的電極材料。目前商業的超級電容器制備中80％使用碳材料作為電極材料，并著重于納米化研究生產，但納米效應導致材料的團聚問題特別嚴重，尺寸減小帶來的振實密度的劇烈下降影響比容量等問題，直接制約著碳材料在超級電容器中的應用。因此，廣大科研工作者對解決這些問題懷有極大的興趣，以探索一種全新的、工藝簡單的具有分級多孔結構的碳微球制備方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種無溶劑法微米碳球材料的制備方法，通過固態水熱法結合反應釜燒結獲得微米碳球，在后期的碳化和活化后，可以得到高比表面積的微米碳球，實現了固體材料之間的分子分散和組裝，工藝簡單，無需使用溶劑，具有污染小、操作簡易、安全性高、選擇性高、反應效率高等優點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種無溶劑法微米碳球材料的制備方法，包括如下步驟：

1)稱取間苯二胺、六亞甲基四胺、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物F-127(普朗尼克F-127)；

2)將稱取的物質放入研體，加入去離子水，通過研磨，得到白色膠狀物樣品；

3)將白色膠狀物樣品裝入容器，再置于反應釜中，經高溫燒結，冷卻后即得微米碳球材料。

根據以上方案，所述間苯二胺、六亞甲基四胺、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物的質量比為3.3:1～1.5:8.3～12.5。

根據以上方案，所述去離子水的加入量與所述間苯二胺質量比為0.38～1.54:3.3。

根據以上方案，所述研磨的時間為8-10min。

根據以上方案，所述高溫燒結的溫度為150～200℃，燒結時間為24h。

根據以上方案，所述高溫燒結的溫度為160℃。

本發明的無溶劑法屬于典型的固-固反應，整個過程不添加任何反應溶劑，固態物料間直接接觸反應可有效地避免水熱體系下存在的棘手問題，是目前新型的具有綠色化學理念的超級電容器電極材料合成方法。本發明制備的材料可以作為鋰離子、鈉離子電池電極材料。

本發明的作用機理為：六亞甲基四胺與加入的微量水在高溫下發生水解可逆反應，生成氨氣與甲醛，由間苯二胺的氨基與甲醛的醛基發生醛胺縮合反應形成小球，由于間苯二胺自身帶有氨根基團，具有催化加速作用，可使反應快速完成，且自身原料引入氮原子，由于氮原子電子親和能較強，從而可以改變多孔碳材料的極性，同時，氮原子的孤對電子對可以與碳材料得到大π鍵形成共軛，繼而改善其電化學和催化性能。