[发明专利]一种多级孔道碳电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料，特别涉及一种碳电极材料的制备方法。

背景技术

为了解决石油资源短缺引起的能源危机，人们已经进行混合动力、燃料电池、化学电池产品及应用的研究与开发，并取得了一定的成效。但是，它们存在着如使用寿命短、温度特性差、环境污染、系统复杂、成本高等缺点，因而超级电容器在世界范围内引起了人们的广泛关注。超级电容器又名双电层电容器，电化学电容器，是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、无记忆效应、节约能源和绿色环保等特点。尤其在信息技术，电动汽车，航天航空和国防科技方面有着广泛的应用前景。碳材料（活性碳、碳纳米管、碳凝胶、碳纤维、石墨烯）是超级电容器常用的电极材料。一般的多孔碳材料虽具有较高比表面积和较高的理论比容量，但由于孔径较小，限制了电解质离子在其孔隙内的自由扩散运动，随工作功率增大，比容量衰减很快。

发明内容

本发明的目的在于提供一种取材容易、节能环保、比电容量大、循环稳定性好的多级孔道碳电极材料的制备方法。本发明主要是以天然生物原料卤虫卵壳制备出多孔碳电极材料

本发明的制备方法如下：

（1）多级孔道碳材料的制备

将卤虫卵壳清洗干净，球磨2～12小时后，然后用6～12mol/L的HCl、8～18mol/L的H₂SO₄、6～14mol/L的HNO₃及2～6mol/L的KOH浸泡预处理，浸泡时间为每种物质6～48h，干燥除去水分，将上述预处理的卤虫卵壳在惰性气体下以1～5℃/min的速率升温至250～350℃进行煅烧，保温2～12h；再以1～10℃/min的速率升至500～1000℃进行煅烧，保温1～48h；然后在6～14mol/L的HNO₃中超声处理1～10h，超声频率为40KHz,功率为30～100W。再用6～12mol/L的HCl浸泡12～24h，清洗至中性，烘干，获得多级孔道碳材料。

（2）多孔碳电极材料的制备

选用6M KOH或0.5M NaSO₄为电解液、质量分数为60%的聚四氟乙烯（PTFE）乳液为粘结剂、集流体为1×1cm泡沫镍；将上述碳材料研磨成粉末，按碳材料:乙炔黑:PTFE乳液的质量比为80:15:5的比例，用乙醇超声将其混合均匀后，水浴65℃加热至泥状，然后将0.5～10mg上述泥状物均匀涂抹在1×1cm的泡沫镍上，在真空中120℃下干燥12h，最后在4MPa压力下压片，得到电极片，将其在电解液中真空浸泡6h备用。

本发明制备的多级孔道结构的碳材料，经过电化学测试，结果表明，在6MKOH电解液中，0.5A/g的电流密度下比电容达到176F/g，且当用20A/g电流密度充放电时，比电容为128F/g，具有较高的容量保持率，在0.5M Na₂SO₄电解液中150mA/g的电流密度下比电容达到168F/g。所组装的锂离子模拟电池在0.25～0.01V电压窗口下，100mA/g电流密度下进行充放电测试。测得首次放电容量为682mAh/g。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

一是卤虫分布甚广，在世界各大陆的盐湖，盐田等高盐水域中均有分布，原料易于获得。卤虫卵壳碳材料属于天然可再生资源，有利于节约石油资源和减少环境污染;

二是将卵壳碳材料用酸处理后比电容有明显的提高；

三是卤虫卵壳碳材料电极具有较大的比电容，较佳的循环稳定性;

四是卤虫卵壳碳材料具有丰富的孔径分布，有利于粒子的快速迁移，解决了大电流冲放电问题，能与过渡金属氧化物形成复合材料，进一步提高电极材料的实用性能。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的多级孔道碳材料的SEM（扫描电子显微镜）图片。

图2是本发明实施例2制备的多级孔道碳材料在6M KOH电解液中的不同电流密度的电压-时间曲线。

图3是本发明实施例4制备的多级孔道碳材料组装的模拟锂离子电池在100mA/g电流密度下的充放电曲线。

具体实施方式

实施例1