[发明专利]掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种掺杂氧化锌‑纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂氧化锌‑纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：A、将丙烯腈、丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、醋酸锌和纳米二氧化钒加入溶剂中混匀，加入引发剂，在惰性气体下55～75℃反应，得到功能聚丙烯腈；B、将功能聚丙烯腈、聚丙烯腈溶液和发泡剂混匀，倒入模具中在160～190℃发泡，发泡结束后冷却至室温并放置，得到多孔聚丙烯腈；C、将多孔聚丙烯腈进行石墨化反应，得到掺杂氧化锌‑纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料。本发明方法能够制备得到性能优良的复合电极材料。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料及其制备方法。该电极材料可用于制备超级电容器电极。

背景技术

超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置，具有较髙功率密度、控制方便、转换效率高、工作温度范围宽、无污染等优点。随着其技术的提高，生产成本逐渐降低，越来越多的应用在储能领域中，有极大可能在未来很多场合取代蓄电池进行储能。但目前超级电容器的价格较昂贵，还不能用于大规模的电力储能。因此，降低其生产成本是超级电容在未来进一步发展及取代蓄电池必不可少的一步。

超级电容器由电极材料、电解液、隔膜和集电极等组成，每个部分对超级电容器都有很大的影响，而电极材料对超级电容器性能起决定性的作用。常见的超级电容器的电极材料有碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料、复合材料。碳材料因为成本较低和多种多样的存在形式，被广泛用作超级电容器的电极材料，但是由于其只利用双电层储存能量，在性能方面有所限制，因此出现了金属氧化物材料的电极开发与研究。金属氧化物材料不同于双电层电容器中碳材料电极那样存储能量，而是在电容器进行充放电时，金属氧化物与溶液的界面处发生可逆氧化还原反应，从而获得更大的比容量。该材料电极虽然有较大的比容量，但价格昂贵，不利于超级电容器的发展。复合材料是为了进一步增大超级电容器的能量存储，使其具有电容性能以及双电层特性，使用碳材料作为基体、金属氧化物作为活性物质来进行纳米复合技术的复合材料来实现电荷利用率的提高，该材料是超级电容器电极材料未来发展研究的主要方向。

在复合电极中通过模板法制备具有大孔-中孔-微孔三维层次多孔碳作为超级电容器的电极材料，提供更小的电阻和更短的扩散路径来促进离子传输，克服多孔电极中电化学过程的主要动力学限制，使其更有利于在高倍速率下电解质离子的快速扩散是提高超级电容器性能的一种比较常见的方法。

天津工业大学材料科学与工程学院的彭堃等以纳米炭纤维作为基底，通过水热法在纳米炭纤维上同时负载炭黑和钴酸镍纳米线，进一步热处理制备了NiCo₂O₄/炭黑@纳米炭纤维自支撑复合电极，具有优良的循环稳定性。但该方法因使用水热法造成工艺复杂，不能大规模生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：

A、将丙烯腈、丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、醋酸锌和纳米二氧化钒加入溶剂中混匀，加入引发剂，在惰性气体下55～75℃反应，得到功能聚丙烯腈；

B、将功能聚丙烯腈、聚丙烯腈溶液和发泡剂混匀，倒入模具中在160～190℃发泡，发泡结束后冷却至室温并放置，得到多孔聚丙烯腈；

C、将多孔聚丙烯腈进行石墨化反应，得到掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料。

其中，上述掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料的制备方法步骤A中，所述纳米二氧化钒纯度大于99％。

其中，上述掺杂氧化锌-纳米二氧化钒的多孔碳复合电极材料的制备方法步骤A中，丙烯腈﹕丙烯酰胺﹕偶氮二异丁腈质量比为85﹕14﹕1～98﹕1﹕1。