[发明专利]高比容量有机混合型超级电容器负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容电池储电负极材料及其制备方法。

背景技术

目前，碳质超级电容负极材料有：活性炭[UPS 6589904]、酚醛树脂纤维织物[UPS6592838]，炭气凝胶[USP5260855]、纳米炭管[UPS7061749]和石墨烯[Meryl D.Stoller，SungjinPark，Yanwu Zhu，Jinho An，and Rodney S.Ruoff，Graphene-Based Ultracapacitors，Nano Lett.，2008，8(10)，3498-3502]、碳化物衍生炭[R.C.Greenwood，I.A.Franchi，A.Jambon，J.A.Barrat，T.H.Burbine，Anomalous Increase in Carbon Capacitance at Pore Sizes Less Than 1 Nanometer，SCIENCE，2006，313，1760-1763]等。制备方法有：物理活化法[Bessant GAR，WalkerJr.PL.Carbon，1994，33(6)：1171-1176；Parra JB，Pis JJ，de Sousa JC，Pajares JA，BansalRC.Carbon 1996，34(6)：783-787；J.I.Paredes，F.Suárez-García，A.Martínez-Alonso，and J.M.D.Tascón，A Microscopic View of Physical and Chemical Activation in the Synthesis of PorousCarbons，Langmuir 2006，22，9730-9739]、化学活化法[USP 004155878(磷酸)，UPS 6592838(碱)，UPS 6660583(碱)，UPS 7088570(碱)，UPS 6291069(碱)，UPS 5891822(碱)，UPS 5877935(碱)，UPS 6882517(碱)，UPS 6738252(碱)，UPS 6310762(碱)，UPS 7067051(碱)，UPS 6547990(碱)，UPS 6585915(碱)，UPS 6589904(碱)]、溶胶-凝胶法[USP5260855]、模板法[Kyottani T，Kawashima D，Aibara T，et al.Extended abstract，In：23st biennialconference on carbon，Penn State，Pemisylvania，USA：American Carbon Society，1995，416；Fuqiang Zhang，Yan Meng，Dong Gu，Yan Yan，Chengzhong Yu，Bo Tu，and Dongyuan Zhao， A Facile Aqueous Route to Synthesize Highly Ordered Mesoporous Polymers and CarbonFrameworks with Ia3hd Bicontinuous Cubic Structure，J.AM.CHEM.SOC.2005，127，13508-13509]和气相沉积法[Endo M，Hayashi T，Kim YA，Development and application ofcarbon nanotubes，JAPANESE JOURNALOF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERSBRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS，2006，45，4883-4892]等。

上述专利和文献报道的技术，存在如下缺点：1)密度低，电极成型密度均低于0.7g/cm³，2)比容量低，小于500F/g，大部分比容量在100-250F/g之间，严重限制了超级电容电池的能量密度。理论研究表明：炭材料最大可利用的表面积为：2664m²/g，石墨烯片上的容量为0.2F/m²，其边缘比容量为石墨烯片上的20倍。如果仅利用石墨烯片上的容量，其最大物理比容量为：533F/g。

一般来说，稠环芳烃及其混合物直接炭化把有机物转化为炭材料时，需经历液相炭化过程，所形成的石墨烯片尺寸较大，可达几十甚至几百纳米，然而由于石墨烯片的分子间作用力与其大小成正比，离子很难在大尺寸石墨烯片间形成双电层。另外，由于石墨烯片大，边缘碳原子的比例小，因此，其比容量很低。

发明内容