[发明专利]氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和超级电容器电极、超级电容器。所述氮氧共掺杂多孔碳纳米带制备方法包括的步骤有：将甲醛、对苯二酚在酸性溶液中进行水热反应，得到碳纳米带前驱体；将所述碳纳米带前驱体经炭化处理和氨水活化处理，得到氮氧共掺杂多孔碳纳米带。本发明制备方法制备的氮氧共掺杂多孔碳纳米带具有较大比表面积，良好的润湿性，高的比表面积利用率。所述超级电容器电极、超级电容器含有本发明方法制备的氮氧共掺杂多孔碳纳米带。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法和应用。

背景技术

随着自然资源日益匮乏，环境污染日趋严重，迫使各国都在努力寻找可持续发展的新能源和先进的储能技术。新能源和新材料也被列为我国七大战略性新兴产业。近年来，超级电容器起引起了人们极大的关注，其是介于电池和电解电容器之间的一种新型储能器件，与传统的电容器相比，它具有更大的比容量和更高的能量密度；与电池相比，超级电容器有更长的循环使用寿命和更高的功率密度，可在大电流情况下实现快速充放电，在交通运输、电子信息、国防军工以及航空航天等领域具有广阔的应用前景。

碳材料由于来源广泛、导电性好以及成本相对低廉等优点，是被认为是用于工业化超级电容器最理想的材料。碳基电化学电容器属于典型的双电层电容器。目前，活性炭、碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等多种碳材料被广泛用作超级电容器研究。活性炭是研究的最多的材料，并在超级电容器中是使用的最广泛的碳材料，因为其易制备、比表面积高和较低的生产成本，但是活性炭存在过多的微孔，且其孔径比较单一，因而比表面积利用率十分有限，影响了电子和离子的扩散和传输，降低超级电容器的性能。碳纤维具有优异的导电性且可以不使用粘结剂，但是其表观密度较低，体积比电容不高，且价格昂贵。碳纳米管虽具有优异的导电性和机械性能，如有着多级孔结构孔径，大小易控制，但相对较小的比表面积使得超级电容器的比容量并不高，且碳纳米管的生产较为繁琐，生产成本较高。石墨烯是近些年来被认为很有应用前景的一种材料，它具有良好的导电性，较大的比表面积和可控的孔径大小，但是石墨烯非常容易团聚，使其性能大打折扣，直接用于超级电容器的性能并不是很好。

此外由于碳材料本身固有的疏水性，使得比表面积利用率不高，从而影响了超级电容器电极的性能。因此发展新的碳材料用于超级电容器电极是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种氮氧共掺杂多孔碳纳米带及其制备方法，以解决现有碳材料比表面小、润湿性差、孔径单一、电化学性能不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种超级电容器电极和超级电容器，以解决现有超级电容器由于其电极材料的原因导致容量不高，倍率性能不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种氮氧共掺杂多孔碳纳米带的制备方法。所述氮氧共掺杂多孔碳纳米带制备方法包括以下步骤：

将甲醛、对苯二酚在酸性溶液中进行水热反应，得到碳纳米带前驱体；

将所述碳纳米带前驱体经炭化处理和氨水活化处理，得到氮氧共掺杂多孔碳纳米带。

本发明的另一方面，提供了一种氮氧共掺杂多孔碳纳米带。所述氮氧共掺杂多孔碳纳米带为由本发明氮氧共掺杂多孔碳纳米带制备方法制备获得。

本发明的再一方面，提供了一种超级电容器电极。所述超级电容器电极包括集流体和结合在所述集流体上的电极材料层，所述电极材料层包括电极材料、导电剂和粘结剂，其中，所述电极材料为本发明氮氧共掺杂多孔碳纳米带。

本发明的又一方面，提供了一种超级电容器。所述超级电容器包括电极，所述电极为本发明超级电容器电极。