[发明专利]形成用于生产用于存储电能的装置的电极材料的复合材料的方法

说明书

本方法涉及化学且涉及用于存储电能的装置(例如，超级电容器)的碳材料的生产。本方法包括：当模板在碳前驱体环境中均匀分布时，通过高温处理在模板上形成碳。在反应器中设定处理温度以确保碳前驱体的分解和碳在模板上的沉积。稀释气体和碳前驱体的气态混合物流通过含有模板的反应器，其已在惰性气体流中进行初步热处理。通过稀释碳前驱体控制模板表面上沉积的碳量和沉积物的均匀性。进行合成以在模板上沉积碳并形成可调厚度的石墨烯。选择所述的厚度以使得当与电解质相互作用时石墨烯的整个体积参与双电层的形成。使用无机材料的纳米级颗粒粉末作为无机模板。通过匹配石墨烯厚度的选择与模板比表面积的选择控制石墨烯的比表面积以获得所需比表面积值。这使得每单位重量储存的能量的量提高、放电/充电速率提高和充电/放电循环期间稳定性延长。

该技术方案涉及化学领域，特别涉及用于存储电能装置的碳材料的形成，以及涉及电气设备领域，特别涉及超级电容器，以获得用于制造电极的材料。

存在一种形成用于生产存储电能装置的电极材料的复合材料的已知方法(美国发明专利号6515845的描述，IPC：H01G9/00)。该方法包括通过高温处理在模板在碳前驱体介质中均匀分布时在无机模板上形成碳。首先，由无机模板和碳前驱体制备混合物，包含用表面活性剂钝化的无机材料模板颗粒和在热处理期间提供碳化的碳前驱体。其中，基于以下条件选择这些无机材料模板颗粒：模板中不存在介孔，并且能够使碳前驱体在介质中均匀分布。然后，在碳前驱体碳化条件下处理由无机模板和碳前驱体制备的混合物，从而在无机模板上形成碳。工艺条件是使用600-1500°С的温度和惰性气氛。

在所述方法中，热处理进行30分钟至50小时。无机材料模板的颗粒选自下组：氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化铈。表面活性剂选自下组：阳离子性表面活性剂、中性表面活性剂和阴离子性表面活性剂。碳前驱体选自下组：间苯二酚-甲醛凝胶、苯酚-甲醛凝胶、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛凝胶、糠醇、聚丙烯腈和石油沥青。

在电极材料的生产中，通过在酸或碱中处理除去无机材料模板颗粒，然后干燥，得到孔径为2-20nm的介孔碳材料。

由所述方法制备的复合材料获得的电极材料用于存储电能的装置的使用没有提供提高每单位重量的能量储存、放电/充电速率以及在充电/放电循环期间实现稳定性延长的可能性。

原因在于模板上的碳是通过碳化形成的，即，作为碳前驱体使用的材料的煤化，在模板颗粒所处的介质中，具有煤的形态特征。碳材料体积中的孔分布是不可控制的。模板的颗粒不完全参与形成所得材料的结构及其形态的过程。作为碳前驱体，使用具有碳化性质的材料。同时，所得材料不具有化学纯度和稳定性。