一种高孔隙率长孔秸秆基复合电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]超级电容器是一种性能介于电介质电容器和电池之间的新型储能装置，该装置具有充放电速率快、比容量大、循环寿命长等优点，广泛应用与便携式电子设备、混合动力汽车等领域。电极材料是超级电容器最为关键的部分，也是决定其性能的主要因素，因此开发具有优异储电性能的电极材料是超级电容器研宄中最核心内容。镍钴锰酸锂具有高能量密度、循环性能好，在常温和高温下，均具有优异的循环稳定性；热稳定性好；循环寿命长，IC循环寿命500次容量保持80%以上；晶体结构理想、自放电小、无记忆效应等突出优点，其凭借容量高、热稳定性能好、充放电压宽等优良的电化学性能而受到广泛关注。本发明利用秸杆通过炭化、活化等工艺制备活性炭，具有比表面积大、空隙分布均匀等优点，通过偶联反应和镍钴锰酸锂、改性乙炔黑等导电材料复合，制备出了新型高孔隙率秸杆基复合电极材料，解决了电极材料成本消耗大、导电率低、比电容小等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料及其制备方法。
[0004]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，由下列重量份的原料制成:镍钴锰酸锂2-4、碳纳米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化铌1-2、硅烷偶联剂KH-5701-2、淀粉2_3、二茂钒2-4、秸杆1000-1200、氯化锌8-12、稀盐酸4-7、改性乙炔黑3-5、蒸馏水100-150 ；
所述改性乙炔黑是由下列重量份的原料制成:硫酸钡3-5、乙炔黑40-60、木质素1-2、二硫化钥4_5、四氣化娃5_7、聚乙稀醇2_3、蒸饱水10-20 ;制备方法是:将硫酸锁、木质素、二硫化钼加到四氯化硅的溶液中，超声分散1-2小时，再将所得的物质抽滤后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成悬浊液，再将悬浊液涂覆在经臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的条件下烧结3-5小时，自然冷却至室温后研磨成200-400目粉末即可。
[0005]本发明所述一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
(1)将秸杆粉碎成细小颗粒状，清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，再将氯化锌和稀盐酸加到蒸馏水中，搅拌均匀后加入秸杆浸泡4-8小时，干燥除水后加到炭化炉中，先在250-350° C下低温碳化1-2小时，升高温度至450-550° C，继续炭化1_2小时后备用；
(2)将淀粉、硅烷偶联剂KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸馏水中，加热至60-70°C搅拌均匀，再加入镍钴锰酸锂、碳纳米管、氯化铌、二茂钒和步骤(I)的物料，搅拌反应1-2小时，反应结束后加到微波干燥机中于130-150° C下干燥3-5小时；
(3)将步骤(2)的产物和改性乙炔黑混合，在氮气的气氛下球磨2-3小时，再加到煅烧炉中继续在氮气的保护下于700-750° C煅烧3-4小时，冷却，粉碎即可得到。
[0006]本发明的优点是:本发明添加的改性乙炔黑具有增强了导电性能和改善高倍率充放电性能等优点，通过偶联反应和镍钴锰酸锂、碳纳米管等导电材料复合，制备出了新型高孔隙率、高导电复合电极材料，解决了电极材料成本消耗大、导电率低、比电容小等问题。
[0007]具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0008]一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:镍钴锰酸锂3、碳纳米管2、N-甲基吡咯烷酮5、氯化铌1、硅烷偶联剂KH-5701、淀粉2、二茂钒3、秸杆1200、氯化锌9、稀盐酸7、改性乙炔黑5、蒸馏水150 ;
所述改性乙炔黑是由下列重量份(公斤)的原料制成:硫酸钡4、乙炔黑55、木质素1、二硫化钼4、四氯化硅7、聚乙烯醇2、蒸馏水17 ;制备方法是:将硫酸钡、木质素、二硫化钼加到四氯化硅的溶液中，超声分散1-2小时，再将所得的物质抽滤后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成悬浊液，再将悬浊液涂覆在经臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的条件下烧结3-5小时，自然冷却至室温后研磨成200-400目粉末即可。
[0009]本发明所述一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，由以下具体的步骤制成:
(1)将秸杆粉碎成细小颗粒状，清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，再将氯化锌和稀盐酸加到蒸馏水中，搅拌均匀后加入秸杆浸泡4-8小时，干燥除水后加到炭化炉中，先在250-350° C下低温碳化1-2小时，升高温度至450-550° C，继续炭化1_2小时后备用；
(2)将淀粉、硅烷偶联剂KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸馏水中，加热至60-70°C搅拌均匀，再加入镍钴锰酸锂、碳纳米管、氯化铌、二茂钒和步骤(I)的物料，搅拌反应1-2小时，反应结束后加到微波干燥机中于130-150° C下干燥3-5小时；
(3)将步骤(2)的产物和改性乙炔黑混合，在氮气的气氛下球磨2-3小时，再加到煅烧炉中继续在氮气的保护下于700-750° C煅烧3-4小时，冷却，粉碎即可得到。
[0010]将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均勾，通过压辊机制成薄片，干燥后压在不锈钢网集流体上，制成超级电容器，其参比电极为饱和甘汞电极，电解液为9mol/l的氢氧化钠溶液，在-0.2V至0.8V的电压范围内进行恒流充放电测试，电流为0.2A/g时，比电容为234F/g，电流为ΙΟΑ/g时，比电容为159F/g。
【主权项】
1.一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:镍钴锰酸锂2-4、碳纳米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化铌1-2、硅烷偶联剂KH-5701-2、淀粉2-3、二茂钒2-4、秸杆1000-1200、氯化锌8_12、稀盐酸4_7、改性乙炔黑3_5、蒸馏水100-150 ； 所述改性乙炔黑是由下列重量份的原料制成:硫酸钡3-5、乙炔黑40-60、木质素1-2、二硫化钥4_5、四氣化娃5_7、聚乙稀醇2_3、蒸饱水10-20 ;制备方法是:将硫酸锁、木质素、二硫化钼加到四氯化硅的溶液中，超声分散1-2小时，再将所得的物质抽滤后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成悬浊液，再将悬浊液涂覆在经臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的条件下烧结3-5小时，自然冷却至室温后研磨成200-400目粉末即可。
2.根据权利要求1所述一种高孔隙率长孔秸杆基复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成: (1)将秸杆粉碎成细小颗粒状，清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，再将氯化锌和稀盐酸加到蒸馏水中，搅拌均匀后加入秸杆浸泡4-8小时，干燥除水后加到炭化炉中，先在250-350° C下低温碳化1-2小时，升高温度至450-550° C，继续炭化1_2小时后备用； (2)将淀粉、硅烷偶联剂KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸馏水中，加热至60-70°C搅拌均匀，再加入镍钴锰酸锂、碳纳米管、氯化铌、二茂钒和步骤(I)的物料，搅拌反应1-2小时，反应结束后加到微波干燥机中于130-150° C下干燥3-5小时； (3)将步骤(2)的产物和改性乙炔黑混合，在氮气的气氛下球磨2-3小时，再加到煅烧炉中继续在氮气的保护下于700-750° C煅烧3-4小时，冷却，粉碎即可得到。
【专利摘要】本发明公开了一种高孔隙率长孔秸秆基复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：镍钴锰酸锂2-4、碳纳米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化铌1-2、硅烷偶联剂KH-5701-2、淀粉2-3、二茂钒2-4、秸秆1000-1200、氯化锌8-12、稀盐酸4-7、改性乙炔黑3-5、蒸馏水100-150；本发明添加的改性乙炔黑具有增强了导电性能和改善高倍率充放电性能等优点，通过偶联反应和镍钴锰酸锂、碳纳米管等导电材料复合，制备出了新型高孔隙率、高导电复合电极材料，解决了电极材料成本消耗大、导电率低、比电容小等问题。
【IPC分类】H01G11-34, H01G11-30, H01G11-36, H01G11-46
【公开号】CN104867694
【申请号】CN201510157827
【发明人】丁辉, 万美云, 鲍启兵
【申请人】安徽江威精密制造有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月3日