[发明专利]一种纳米碳电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合电极领域，涉及一种纳米碳电极的制备方法。 

背景技术

诸如超级电容及锂(Li)离子电池之类的快速充电、大电容能量储存装置被用于越来越多的应用，在这些应用中的每一种中，充电时间及能量储存装置的容量是重要参数。此外，此类能量储存装置的尺寸、重量和/或费用可为重大限制。再者，对高效性能而言，低的内电阻是必须的。电阻越低，能量储存装置在传递电能上所遭遇的限制越少。因此，在本领域中需要更小、更轻且在成本上更有效地制造的更快充电、高电容能量储存装置。本领域中也需要用于电子储存装置的部件以减少储存装置的内电阻。 

氢是最洁净的能源，也是一种重要的工业原料，但氢的储存与运输问题限制了氢能的广泛应用。车载氢氧燃料电池能否得到广泛的实际应用，也与这一问题能否得到解决密切相关。研究开发性能优异的储氢材料是解决氢能的储存与运输问题的关键途径之一。 

钴酸锂作为锂离子电池正极材料在移动电话、摄录像机、笔记本电脑、数码相机、媒体播放器等便携式电子产品领域表现出优异的性能，但是，它在较高温度下容易释放出氧气，带来严重的安全隐患。现在科学界和产业界普遍认为钴酸锂不适合作为电动汽车用高功率、高容量锂离子电池正极材料。同时，由于钴酸锂价格昂贵，多年来铅酸电池都压倒性占据了大部分的市场。因此，寻找低成本、高性能的正极材料是推动锂离子电池广泛应用的需要，尤其是发展电动汽车(EV)、混合电动车(HEV)的关键。可以说，从锂离子电池市场化到现在，科学家就一直在寻找性价比更高的正极材料。磷酸铁锂价格便宜、比容量高、安全性能好，是理想的锂离子电池正极材料，尤其是它较高温度下的稳定性能给高功率、高容量电池提供了安全保障，是动力电池材料的理想选择。但是磷酸铁锂电导率低，在充放电过程中易发生极化现象，大电流高倍率下容量大幅度下降，性能不很理想。磷酸铁锂要想真正实现应用，必须解决目前存在的这些问题。 

已有专利CN200410054034.5公开一种纳米溶胶-凝胶膜电极、其制备方法及 应用。但是在实际使用中，这种方法由于膜厚度的改变导致电容不稳定。锂离子电池浆料固含量非常高，粘度大，采用这种方法很难使纳米碳管充分分散。因此，目前使用纳米碳管的方法不能充分发挥它的优点，同时由于纳米碳管团聚严重也不得不加大原料的用量，增加了成本，降低了复合材料的容量。 

另外，电极材料是决定化学电源性能的关键之一。高性能电极材料的研究开发，一直是化学电源研究领域的核心课题。同时需要对电极材料改性来改善其导电性，从而提高高倍率性能，还要保持其高可逆电化学容量和良好的循环稳定性，并且需要成本低廉。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种纳米碳电极的制备方法，能防止电极材料发生团聚现象，既降低成本，又提高性能，并提供高能量密度的能量储存。由该方法制得的电极吸附氢的过程可以短时间内快速达到平衡；导电性高，内阻小并降低成本，适应工业化生产。 

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是： 

一种纳米碳电极的制备方法，包括以下步聚： 

1)将体积比为1:1:1的液态高分子量碳氢前驱物C₂₀H₄₀、C₂₀H₄₂和C₂₂H₄₄在500～1000℃气化以形成前驱物气体； 

2）按以下组分和质量百分比含量称量原料：催化剂5％～10％、锂盐5％～10％、铁盐50％～55％和磷酸盐30～40％；所述的催化剂为金属Ni、Y、Zr和MgO的超细粉体，尺寸为500～5000nm，其重量百分比分别为催化剂总重量的85％、5％、5％和10％；所述的锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和磷酸锂的组合，其重量百分比分别为锂盐总重量的45％、25％、25％和5％；所述的铁盐为草酸亚铁和磷酸铁，其重量百分比分别为铁盐总重量的70％和30％；所述的磷酸盐为磷酸二氢铵和磷酸铵，其重量百分比分别为磷酸盐总重量的50％和50％；将上述原料加入分散剂后在球磨机中以500～800r/m的转速球磨10～15h，制得前体，加入分散剂的重量为上述原料重量的1％～5％；