[发明专利]一种高比电容的碳组合材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种高比电容的碳组合材料及其制备方法和应用。本申请的高比电容的碳组合材料，由原子掺杂量为10％‑25％的第一组分碳材料，与原子掺杂量为0％‑10％的第二组分碳材料混合而成。本申请的碳组合材料中，第一组分碳材料的原子掺杂量相对较高，具有高赝电容的特点，而第二组分碳材料的原子掺杂量相对较低，具有较好的导电性，两者优化互补；因此，将本申请的碳组合材料制成极片，在脱嵌锂的过程中，第二组分碳材料不仅提供了导电网络而且可以提供一部分赝电容，第一组分碳材料在导电网络里面更有助于掺杂原子赝电容的发挥，两种碳材料相互作用，从而提高了电极材料的整体性能。

技术领域

本申请涉及碳电极材料领域，特别是涉及一种高比电容的碳组合材料及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器凭借其快速的锂离子传输性能得到了广泛的研究。和锂离子二次电池相比，超级电容具有超高的功率密度和循环稳定性，更是受到学术界和工业界的青睐。根据储锂机制超级电容器可以分为两类，双电层电容和赝电容。

碳材料因导电性高、比表面积大，而且碳的前驱体原料丰富等优势，被广泛应用于超级电容器。为了获得高的电容值，碳电极材料必须具备三个特点，第一高比表面积，第二合适的孔径分布，第三杂原子掺杂。其中，高比表面积和孔径分布，已经有相当多的研究，例如通过微波法、煅烧法、酸碱腐蚀法等制备高比表面积、孔径分布均匀的碳材料。对于原子掺杂方面，现有的研究显示，原子掺杂可以增加碳材料的赝电容，但是会降低其导电性，因此，必须要在导电性和赝电容之间寻求平衡，以获得综合性能良好的碳电极材料。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的高比电容的碳组合材料及其制备方法和应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种高比电容的碳组合材料，该碳组合材料由原子掺杂量为10％-25％的第一组分碳材料，与原子掺杂量为0％-10％的第二组分碳材料混合而成。

需要说明的是，本申请中，第一组分碳材料由于具有比较高含量的原子掺杂，其赝电容相对较高，但其导电性差；第二组分碳材料的原子掺杂量低，导电性较好。本申请的碳组合材料，其关键就在于将高赝电容的第一组分碳材料，与高导电性的第二组分碳材料混合，将两种具有不同优势的碳材料混合，使其优势互补，进而提高了碳组合材料整体的比电容值。其中，第二组分碳材料中原子掺杂的量为0％-10％，当原子掺杂的量为0时，表示采用的是没有进行原子掺杂的碳材料。还需要说明的是，第二组分碳材料的原子掺杂的量为10％时，第一组分碳材料的原子掺杂的量是大于10％的，也就是说，第一组分碳材料和第二组分碳材料两者的原子掺杂的量不同。

优选的，原子掺杂可重复的选自氮掺杂、氧掺杂、硫掺杂和磷掺杂的至少一种。

优选的，第一组分碳材料与第二组分碳材料的重量比为2:8-8:2。

需要说明的是，根据本申请的发明思路，只要将高原子掺杂的第一组分碳材料和低原子掺杂的第二组分碳材料混合，即可获得比电容改善的碳组合材料；但是，考虑到比电容改善效果，本申请优选的方案中特别限定第一组分碳材料与第二组分碳材料的重量比为2:8-8:2。

本申请的另一面公开了本申请的碳组合材料在超级电容器中的应用。

本申请的另一面公开了一种由本申请的碳组合材料制备的极片。

本申请的另一面公开了一种采用本申请的极片的超级电容器。

可以理解，本申请提供的高比电容的碳组合材料，本身就是针对超级电容器而研究的，因此，将其制成极片用于超级电容器，能够有效的提高超级电容器的电容性能。

本申请的再一面公开了一种本申请的碳组合材料的制备方法，包括以下步骤，