[发明专利]煤基硼掺杂纳米炭片电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电容器电极材料技术领域，是一种煤基硼掺杂纳米炭片电极材料及其制备方法，该煤基硼掺杂纳米炭片电极材料，按照下述步骤得到：将煤粉与强氧化剂溶液混合，得到氧化煤溶液，将其洗涤后烘干，得到氧化煤，将氧化煤和硼酸在去离子水中混合，得混合溶液，将混合溶液烘干，得到混合物，将混合物进行炭化处理并洗涤后干燥，得到煤基硼掺杂纳米炭片电极材料。本发明以来源广泛的煤和廉价的硼酸作为原料，用于超级电容器电极材料，具有电极容量大、倍率特性好、大电流充放电性能和循环稳定性能更优异的特点；本发明制备方法简单，耗时短，成本低，能实现煤炭资源的有效利用和极大程度上降低环境污染，适用于宏量制备。

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料技术领域，是一种煤基硼掺杂纳米炭片电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种重要的电化学储能设备，其性能取决于电容器所用的电极材料。炭材料是最常见的商用电极材料。活性炭材料具有较大的比表面积、良好的导电性和循环性能、制备工艺简单、原料丰富、成本较低，最早应用于超级电容器电极材料。但是，活性炭也存在一些固有的缺陷，其粒径大，孔道杂乱无章、分布不均匀、大多数以微孔为主。这限制了电解液对其表面的充分的浸润，且阻碍了离子在电极材料中的扩散，从而其导致储能容量低，且大电流性能不佳，限制了其在高性能超级电容器电极材料中的应用。

我国煤炭资源储量丰富，煤种齐全。煤基炭材料是现代煤化工的一种重要产品，但是其制备过程污染严重、原料损失率大、能耗高、附加值低，不符合可持续发展战略和环保要求。开发一种新型低污染方法宏量制备高性能、高附加值煤基炭电化学储能电极材料不仅能够实现煤炭资源的充分有效利用，而且能够极大程度上降低环境污染、增加经济效益。

发明内容

本发明提供了一种煤基硼掺杂纳米炭片电极材料及其制备方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有存在电容器电极材料的电极容量小、倍率特性差，大电流充放电性能不佳和循环稳定性不高的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与强氧化剂溶液混合搅拌均匀，进行液相氧化反应，得到氧化煤溶液，将氧化煤溶液洗涤至中性后烘干，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤和硼酸按重量比为1:0.1至10的比例在去离子水中溶解后混合均匀，得混合溶液；第三步，将混合溶液烘干，得到混合物，将混合物在保护气体的气氛下，按5℃/min速度的升温程序，由室温升到600℃至900℃，对混合物进行炭化处理；第四步，将炭化处理后的混合物样品经去离子水洗涤至洗涤液为中性时，对混合物样品进行干燥，得到煤基硼掺杂纳米炭片电极材料。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述强氧化剂溶液为浓硫酸、浓硝酸的混合溶液，其中，混合溶液中，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1。

上述筛分处理时使用200目的筛分仪器。

上述保护气体为氮气。

上述将混合溶液烘干的温度设置为100℃至120℃。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种煤基硼掺杂纳米炭片电极材料的制备方法，按照下述步骤进行：第一步，将煤炭粉碎，筛分处理后，得到煤粉，将煤粉与强氧化剂溶液混合搅拌均匀，进行液相氧化反应，得到氧化煤溶液，将氧化煤溶液洗涤至中性后烘干，得到氧化煤；第二步，将所需量的氧化煤和硼酸按重量比为1:0.1至10的比例在去离子水中溶解后混合均匀，得混合溶液；第三步，将混合溶液烘干，得到混合物，将混合物在保护气体的气氛下，按5℃/min速度的升温程序，由室温升到600℃至900℃，对混合物进行炭化处理；第四步，将炭化处理后的混合物样品经去离子水洗涤至洗涤液为中性时，对混合物样品进行干燥，得到煤基硼掺杂纳米炭片电极材料。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：