The invention belongs to the field of electrode materials for supercapacitors, in particular to a tin-containing micro/nanostructure doped carbon material and a preparation method thereof. The precursor solution is prepared by using different types of polymer-based carbon precursors, tin sources and polar solvents. Then the precursor solution was formed by spinning and tape casting, and two types of precursors, fibrous and thin film, were obtained. Finally, different morphologies of Sn-doped carbon materials with micro/nanostructures can be obtained by Pre-oxidation and high temperature carbonization of two types of precursors. Compared with the prior art, the invention has the greatest advantages of high efficiency, simple preparation process and high repeatability. The prepared tin-containing micro/nano-structure doped carbon materials are fluffy and soft, with high resilience, excellent microstructures and good electrochemical properties.
【技术实现步骤摘要】
一种含锡微/纳米结构掺杂碳材料及其制备方法
本专利技术属于超级电容器的电极材料领域,具体涉及一种含锡微/纳米结构掺杂碳材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济的发展和科技的进步,自然资源包括矿产资源在内的资源面临枯竭,环境污染日益严重。因此,寻找一种高效清洁能源成为了世界各国的目标。锂离子电池作为一种高效的储能器件,具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、环保等优点,被广泛应用于便携电子设备的电源和动力电池。和锂离子电池相比,超级电容器拥有功率密度大、快速充放电、可重复多次使用、环保等特点。而含锡物质包括金属锡单质、二氧化锡均具有较高的理论电容量,将其以物理或化学方法加入电极材料中可有效改善电极材料的电化学性能。其中,将含锡物质加入锂离子电池的电极材料中已经有较多研究,也取得一定成效。而对将含锡物质加入超级电容器的电极材料中关注较少。电极材料对超级电容器的电化学性能的表现起着关键作用。为进一步改善其电化学性能,方法主要有两种:一是改善电极材料的结构,包括纳米线、纳米球、纳米片、多孔中空材料。较大的比表面积可有效地改善电极材料的电化学性能。二是加入碳前驱体,可以有效地缓解充放电过程中体积的变化。相较于目前常采用的制备方法,如模板法、水热反应法、静电纺丝法等,我们的制备方法具有低成本、步骤简单、高效的特点。专利CN103776869A公开了一种在单晶硅衬底上依次溅射一层铬膜和金膜,加入一定质量比的活性炭和氧化锡粉末,煅烧得到氧化锡纳米线的方法。但需要增加衬底的制备方法使得制备的纳米线生长不均匀、具有生产效率低、反应条件苛刻等缺点。而专利CN107331831A和 ...
【技术保护点】
1.不同含锡微/纳米结构掺杂碳材料,其特征在于由上层的不同含锡微/纳米结构和下层的碳材料两部分掺杂得到:所述上层的含锡微/纳米结构包含纳米颗粒、超长纳米线、纳米板以及纳米柱四种。其中,制得的纳米颗粒大多为椭圆状或长条状,直径为80‑150nm;纳米线直径为90‑110nm,长度可达10μm‑100μm;纳米板厚度为10‑20μm,长度达10μm‑100μm;纳米柱直径为150‑200nm,长度可达1μm‑100μm。
【技术特征摘要】
1.不同含锡微/纳米结构掺杂碳材料,其特征在于由上层的不同含锡微/纳米结构和下层的碳材料两部分掺杂得到:所述上层的含锡微/纳米结构包含纳米颗粒、超长纳米线、纳米板以及纳米柱四种。其中,制得的纳米颗粒大多为椭圆状或长条状,直径为80-150nm;纳米线直径为90-110nm,长度可达10μm-100μm;纳米板厚度为10-20μm,长度达10μm-100μm;纳米柱直径为150-200nm,长度可达1μm-100μm。2.一种如权利要求1所述的不同含锡微/纳米结构掺杂碳材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)前驱体溶液的制备称取一定质量的聚合物基碳前驱体加入到极性溶剂后,在室温条件下搅拌8-12h。待完全溶解后加入不同质量的锡源,继续搅拌8-12h,经过滤后备用;(2)前驱体成型①纤维状前驱体的制备前驱体溶液经湿法纺丝、干法纺丝、干喷湿纺、溶液气流纺丝或离心纺丝等方式,可制备得到纤维;②薄膜状前驱体的制备将前驱体溶液浇铸在不锈钢带上,连续地通过逆向流动的热空气炉,固化后从钢带上连续地剥下,得到聚合物膜;(3)纤维或聚合物膜的热处理将步骤(2)中所得的纤维状或薄膜状前驱体放入煅烧炉中进行预氧化,预氧化温度为250℃,再置于真空高温炉内于惰性气氛下,升温至1200-1400℃,保温1-4h,待热处理过程全部完成后取出即可得到不同含锡微/纳米结构掺杂碳材料。3.根据权利要求2所述的一种不同含锡微/纳米结构掺杂碳材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中所加入的原料具体种类如下:聚合物基碳前驱体包括聚乙烯吡咯烷酮...
【专利技术属性】
技术研发人员:王宁,韩姗,李恒,高亚雪,陈洋,周逢宇,
申请(专利权)人:天津工业大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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