[發明專利]摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011171480.X
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112331484B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 李道玉;辛亞男;劉波;姚潔
• 申請（專利權）人: 成都先進金屬材料產業技術研究院股份有限公司
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/86;H01G11/24
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 張小麗

本發明屬于電池領域，具體涉及摻雜納米氧化鋅?鋅的碳纖維氈復合電極材料及其制備方法。本發明所要解決的技術問題是提供摻雜納米氧化鋅?鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：A、將丙烯腈、丙烯酰胺、偶氮二異丁腈和納米金屬鋅粉加入溶劑中混勻，加入引發劑，在惰性氣體下55～75℃反應，得到功能聚丙烯腈；B、將聚丙烯腈溶液、功能聚丙烯腈混合均勻后稀釋；C、將步驟B所得物料制備成聚丙烯腈氈，將其進行石墨化反應，保持溫度通入水蒸氣反應，然后將其在空氣或氧氣下80～150℃下反應，得到摻雜納米氧化鋅?鋅的碳纖維氈復合電極材料。本發明電極材料可用作超級電容器電極，性能優良。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，具體涉及一種摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料及其制備方法。該電極材料可用于制備超級電容器電極。

背景技術

超級電容器是一種高效、實用、環保的能量存儲裝置，具有較髙功率密度、控制方便、轉換效率高、工作溫度范圍寬、無污染等優點。隨著其技術的提高，生產成本逐漸降低越來越多的應用在儲能領域中，有極大可能在未來很多場合取代蓄電池進行儲能。目前超級電容器的價格較昂貴，還不能用于大規模的電力儲能。因此，降低其生產成本是超級電容在未來進一步發展及取代蓄電池必不可少的一步。

超級電容器由電極材料、電解液、隔膜和集電極等組成，每個部分對超級電容器都有產生很大的影響，而電極材料對超級電容器性能起決定性的作用。常見的超級電容器的電極材料有碳材料、金屬氧化物材料、導電聚合物材料、復合材料。碳材料因為成本較低和多種多樣的存在形式，被廣泛用作超級電容器的電極材料。影響碳材料電極電化學性能的最重要的因素是比表面積、孔徑分布、孔隙形狀和結構、電導率、表面功能等。高比表面積和合適空隙的碳材料因其電阻相較其他電極材料較高、活性基團較少等，其比容量低功率密度不高，因此未來的研究重點是提高碳材料的能量密度和功率密度。目前常采用如與金屬氧化物材料等制備復合材料、與納米技術結合的復合材料、對碳材料進行活化處理、增加電極材料的比表面積等來提高碳材料的能量密度和功率密度。

陜西科技大學王亭等，以碳纖維布作為柔性自支撐基底，通過溶劑熱法及熱處理在其表面原位合成WO₃納米片層，隨后采用浸漬－煅燒法在WO₃納米片層外包覆薄碳層構筑具有三維(3D)分級結構的納米復合物材料作為超級電容器的電極材料展現出良好的電化學穩定性。但該制備方法復雜，碳布處理不環保，水熱反應不可工業化生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法。該制備方法包括以下步驟：

A、將丙烯腈、丙烯酰胺、偶氮二異丁腈和納米金屬鋅粉加入溶劑中混勻，加入引發劑，在惰性氣體下55～75℃反應，得到功能聚丙烯腈；

B、將聚丙烯腈溶液、功能聚丙烯腈混合均勻后稀釋；

C、將步驟B所得物料制備成聚丙烯腈氈，將其進行石墨化反應，保持溫度通入水蒸氣反應，然后將其在空氣或氧氣下80～150℃下反應，得到摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料。

其中，上述摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法步驟A中，所述納米金屬鋅粉純度≥99％。粒徑30～80納米。

進一步的，上述摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法步驟A中，將納米金屬鋅粉采用丙酮或乙醇按固液質量比1﹕10～1﹕30浸泡12～24小時，超聲洗滌10～20分鐘進行預處理。

其中，上述摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法步驟A中，丙烯腈﹕丙烯酰胺﹕偶氮二異丁腈質量比為85﹕14﹕1～98﹕1﹕1。

其中，上述摻雜納米氧化鋅-鋅的碳纖維氈復合電極材料的制備方法步驟A中，丙烯腈、丙烯酰胺和偶氮二異丁腈三者總量在溶液中的質量濃度為40～60％。