一种三维多孔无粘结剂电极材料及其制备方法、应用

本发明属于电极制备，尤其涉及一种三维多孔无粘结剂电极材料及其制备方法。

背景技术：

1、超级电容器是一种介于传统电容器和充电电池之间的新型储能装置。它具有功率密度高、充电时间短、循环使用寿命长、工作温度范围广、能量转换效率高、安全性能高和环保等特点，在汽车、通讯、国防、消费性电子产品等许多领域中显示出广阔的应用前景。

2、然而，超级电容器的能量密度相对较低（~ 10 wh kg-1），限制了它在某些需要高能量的领域的应用，因此如何开发出同时具有高能量和高功率密度，以及高比电容和高稳定性的超级电容器，是目前该领域研究的核心问题，而设计和制备出具有高性能的电极材料是解决这一问题、提高超级电容器性能的有效途径。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，旨在解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，包括以下步骤：

3、选择碳布作为三维导电集流体基底，在基底表面沉积铜，再将基底置于管式炉中，以铜为催化剂，利用乙炔作为反应气，恒温条件下生长纳米纤维，再在恒温及真空条件下进行炭化处理，得到无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料，即为所述三维多孔无粘结剂电极材料。

4、优选地，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理，用于改变材料孔结构或/和引入电化学活性位点。

5、优选地，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为掺氮处理；

6、所述掺氮处理的步骤为：先配制双氰胺乙醇水溶液，将无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料置于双氰胺乙醇水溶液中浸泡，再在高温氮气气氛下煅烧即可。

7、优选地，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为氢氧化钾化学活化处理；

8、所述氢氧化钾化学活化处理的步骤为：先配制氢氧化钾乙醇水溶液，将无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料置于氢氧化钾乙醇水溶液中浸泡，再在高温氮气气氛下煅烧即可。

9、优选地，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为氢氧化钾化学活化处理和掺氮处理；

10、所述氢氧化钾化学活化处理的步骤为：先配制氢氧化钾乙醇水溶液，将无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料置于氢氧化钾乙醇水溶液中浸泡，再在高温氮气气氛下煅烧即可；

11、所述掺氮处理的步骤为：先配制双氰胺乙醇水溶液，将氢氧化钾化学活化处理后的无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料置于双氰胺乙醇水溶液中浸泡，再在高温氮气气氛下煅烧即可。

12、优选地，选择碳布作为三维导电集流体基底，在基底表面沉积铜的步骤中，采用物理溅射沉积法。

13、本发明实施例的另一目的在于提供一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法制备得到的改性三维多孔无粘结剂电极材料。

14、本发明实施例的另一目的在于提供一种三维多孔无粘结剂电极材料在制备超级电容器上的应用。

15、本发明实施例提供的一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，通过在三维导电集流体基底表面直接生长碳纳米纤维，避免了粘结剂的使用并简化电极构建步骤，有效提高电极导电性和稳定性，得到了三维多孔无粘结剂电极；另外还可以通过掺氮或/和氢氧化钾化学活化处理三维多孔无粘结剂电极，实现了电极改性，可改变其孔结构及表面化学性质，进一步提高其性能。本发明实施例制备得到的三维多孔无粘结剂电极材料具有三维多孔、高导电性、高稳定性、丰富的表面化学、良好的电化学活性、低成本等优点，有利于电解液的渗透、离子/电子的快速传递，在储能装置（如超级电容器）领域具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为掺氮处理；

4.根据权利要求2所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为氢氧化钾化学活化处理；

5.根据权利要求2所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理的步骤中，所述改性处理为氢氧化钾化学活化处理和掺氮处理；

6.根据权利要求1所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，其特征在于，选择碳布作为三维导电集流体基底，在基底表面沉积铜的步骤中，采用物理溅射沉积法。

7.一种如权利要求1-6任一所述的三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法制备得到的三维多孔无粘结剂电极材料。

8.一种如权利要求7所述的三维多孔无粘结粘结剂电极材料在制备超级电容器上的应用。

技术总结
本发明适用于电极制备技术领域，提供了一种三维多孔无粘结剂电极材料的制备方法，包括以下步骤：选择碳布作为三维导电集流体基底，在基底表面沉积铜，再将基底置于管式炉中，以铜为催化剂，利用乙炔作为反应气，恒温条件下生长纳米纤维，再在恒温及真空条件下进行炭化处理，得到无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料。本发明还提供了对无粘结剂碳纳米纤维/碳布材料进行改性处理步骤。本发明还提供了一种三维多孔无粘结剂电极材料和其应用。本发明通过在三维导电集流体基底表面直接生长碳纳米纤维，避免了粘结剂的使用并简化电极构建步骤，通过掺氮或/和氢氧化钾化学活化处理，实现了电极改性，进一步提高其性能。

技术研发人员：於思瑜,李寺勇,肖忆秋,彭冲
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15