本发明专利技术提供了一种以生物蛋白基掺氮多孔炭材料为负极材料的锂离子电容电池的制备方法，其特征是提供一种以可再生生物蛋白为原料，制备出具有高氮元素含量，高比表面积、分级孔结构的多孔炭材料，有助于进一步提高并拓展活性炭的专业应用，例如，锂离子电容电池等新型绿色储能器件。本发明专利技术用生物蛋白基掺氮多孔炭材料组装成的锂离子电容电池具有高表现的电化学特性，即具有高的比容量和优异的倍率性能(在恒流充放电的电流密度为0.1A/g,1A/g下的比容量分别达到1865mAh/g，1005mAh/g)，1C恒流充放电循环300次容量仍然高达1287mAh/g。是一种理想的实用性锂离子电容电池的负极材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术提供了，属于电化学领域。
技术介绍
随着不可再生的一次能源逐渐枯竭和环境污染的增加也日益严重，人们迫切需要高效、清洁、可持续的新能源和可再生清洁能源。在此背景下，新型化学储能装置(如二次电池、超级电容器等)得到了巨大的发展。锂离子电池由于其具有较高的工作电压、放电容量、循环寿命长以及安全性能好等优点，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、空间技术和国防工业等领域，并成为近年来人们研宄的热点。目前市场上锂离子电池等其共同特点是具有一定的能量密度，但功率密度很低，充电时间长。因而难以满足对功率密度要求很高的储能装置的应用领域。超级电容器又称电化学电容器，它具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点，但一般的超级电容器的能量密度比较低，限制了其广泛使用。因此人们期待开发一种兼具高能量密度、高功率密度、长寿命的新型绿色储能器件的出现。作为一种新的绿色储能器件，锂离子电容电池兼有锂离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率。锂离子电容电池开发的关键技术在于电极材料，而生物蛋白基掺氮多孔炭材料既有可以作为高能量密度的锂离子电池的电极材料，又可以作为高功率密度的超级电容器的电极材料。因此，开发具有高氮元素含量，高比表面积、分级孔结构的多孔炭材料的同时，与之相匹配电解液组装锂离子电容电池是高能量密度和高功率密度的器件关键技术。本专利技术专业应用强，并且设计工艺过程简单，成本较低、清洁环保，易于产业化实现。目前利用生物蛋白基掺氮多孔炭材料为负极材料的锂离子电容电池的制备方法与应用还尚未见专利报道。本专利技术的目的在于提供了以生物蛋白基掺氮多孔炭材料为负极材料的锂离子电容电池的制备方法，针对现有锂离子电池的能量密度和功率密度低，尤其是在大倍率充放电时能量密度更低的问题，提供一种高功率、高能量密度新型储能器件，使锂离子电容电池应用领域进一步拓宽，特别是提高纯电力汽车电源功率、能量密度的等具有重要意义。本专利技术还提供了所述的以生物蛋白基掺氮多孔炭材料为负极材料的锂离子电容电池的制备方法，该方法包括如下步骤:步骤一:将生物蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合制成浆料，反复研磨和碾压浆料得到的薄片状电极材料，将所述电极材料放在相应大小的集流体上，10兆帕冷压40s，然后110°C下烘干，得到锂离子电容电池的极片。步骤二:将极片/隔膜/锂片或者锂盐，组装成“三明治”结构，在不同的电解液中进行锂离子电容电池的器件测试。本专利技术所述的提供了。通过该方法获得的高功率、高能量密度锂离子电容电池，经采用循环伏安法、恒流充放电法、交流阻抗法(CHI660D电化学工作站)，对锂离子电容电池的性能进行全面的测试表征。结果表明:组装成的锂离子电容电池具有优秀电化学特性表现，即具有高的比电容、低的等效串联电阻和良好的充放电效率，特别是高倍率下的充放电，其容量衰减不明显，可见生物蛋白基掺氮多孔炭材料可以作为锂离子电容电池的电极材料。有益效果:1、本专利技术为本专利技术提供了，设计工艺过程简单、方便控制、易于产业化实现和清洁生产；2、本专利技术提供的电极材料比表面积大、浸润性好，串联电阻小、孔径分布合理等；3、本专利技术提供了在大电流使用条件下的锂离子电容电池，例如:在大电流密度的恒流充IA g—1和1A g^l865mAh/g, 1005mAh/g,同时具有优越的循环寿命，IC恒流充放电循环300次容量仍然高达1287mAh/g。【附图说明】图1a为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的恒流充放电曲线图。图1b为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的循环伏安图。图1c为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的不同倍率恒流充放电容量图。图1d为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的不同倍率恒流充放电循环寿命图。图2为为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的300次充放电前后的交流阻抗图。图3为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容电池的不同扫描速度和不同截止电压的循环伏安图。图4为本专利技术用丝素蛋白基掺氮多孔炭材料制备的锂离子电容性能表现图。下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。【具体实施方式】实施例1将制备的比表面积为2300m2/g，氣兀素的含量为5.7%的丝素蛋白基多孔炭制备的锂离子电容电池器件，LiTFSl-EmimTFSl离子液体中进行测试。步骤一:将丝素蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合制成浆料，反复研磨和碾压浆料得到的薄片状电极材料，将所述电极材料放在相应大小的集流体上，10兆帕冷压40s，然后110°C下烘干，得到锂离子电容电池的极片。步骤二:将极片/隔膜/锂片，组装成“三明治”结构，在不同的电解液中进行锂离子电容电池的器件测试。实施例2将制备的比表面积为2300m2/g，氣兀素的含量为5.7%的丝素蛋白基多孔炭制备的锂离子电容电池器件，IM LiPFj^碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯混合溶剂中进行测试。步骤一:将丝素蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合制成浆料，反复研磨和碾压浆料得到的薄片状电极材料，将所述电极材料放在相应大小的集流体上，10兆帕冷压40s，然后110°C下烘干，得到锂离子电容电池的极片。步骤二:将极片/隔膜/锂片，组装成“三明治”结构，在不同的电解液中进行锂离子电容电池的器件测试。实施例3将制备的比表面积为2300m2/g，氣兀素的含量为5.7 %的丝素蛋白基多孔炭制备的锂离子电容电池器，LiTFSl-EmimTFSl离子液体中进行测试。步骤一:将丝素蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合制成浆料，反复研磨和碾压浆料得到的薄片状电极材料，将所述电极材料放在相应大小的集流体上，10兆帕冷压40s，然后110°C下烘干，得到锂离子电容电池的极片。步骤二:将极片/隔膜/磷酸铁锂，组装成“三明治”结构，在不同的电解液中进行锂离子电容电池的器件测试。实施例4将制备的比表面积为2300m2/g，氮元素的含量为5.7%的丝素蛋白基多孔炭制备的锂离子电容电池器件，IM LiPFj^碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯混合溶剂中进行测试。步骤一:将丝素蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合制成浆料，反复研磨和碾压浆料得到的薄片状电极材料，将所述电极材料放在相应大小的集流体上，10兆帕冷压40s，然后110°C下烘干，得到锂离子电容电池的极片。步骤二:将极片/隔膜/磷酸铁锂，组装成“三明治”结构，在不同的电解液中进行锂离子电容电池的器件测试。实施例5将制备的比表面积为2300m2/g，氣兀素的含量为5.7%的丝素蛋白基多孔炭制备的锂离子电容电池器，LiTFSl-EmimTFSl离子液体中进行测试。步骤一:将丝素蛋白基掺氮多孔炭材料(活性物质)、导电剂和粘结剂，按82:10:8的比例，加蒸馏水或者有机溶剂混合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以生物蛋白基掺氮多孔炭材料为负极材料的锂离子电容电池的制备方法，其特征依靠可再生生物蛋白为原料，制备出具有高氮元素含量，高比表面积、分级孔结构的多孔炭材料,作为锂离子电容电池的电极材料。组装成一种高功率、高能量密度锂离子电容电池器件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹传宝，侯建华，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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