一种应用于超级电容器的碳电极材料制备方法技术

本发明专利技术公开了应用于超级电容器的碳电极材料制备方法，该工艺通过将乙炔炭黑和硫酸、苯乙烯磺酸钠进行混合加热，经保温、冷却、稀释、离心分离、洗涤等一系列操作后得到改性炭黑复合物，再加入磷酸氢二锂、氯化镍于反应釜中进行反应，干燥后进行酸处理，再将其与丙烯腈粉末、二甲基亚砜、正硅酸乙酯等经高温反应的反应物混合，加入蒸馏水超声分散，并添加氰尿酸三聚氰胺等成分进行高温反应，最后通过洗涤、真空干燥得到成品。制备而成的应用于超级电容器的碳电极材料，其电导率高，比电容大，循环次数多，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备工艺制得的应用于超级电容器的碳电极材料在制备超级电容器中的应用。

Method for preparing carbon electrode material applied to super capacitor

Carbon electrode material prepared by the invention discloses a method based on super capacitor, the process by acetylene black and sulfuric acid and sodium styrene sulfonate were mixed by heating, insulation, cooling, dilution, centrifugation, washing and a series of operations to obtain the modified carbon compound, adding two hydrogen phosphate lithium, nickel chloride the reaction in the reactor, drying after acid treatment, the reactant and the acrylonitrile powder, two dimethyl sulfoxide and TEOS by high temperature reaction mixed with distilled water, ultrasonic dispersion, and adding melamine cyanuric acid and other components of high temperature reaction, the final product obtained by washing and vacuum drying. The carbon electrode material applied to the super capacitor has high conductivity, large specific capacitance, and more cyclic times, and has a good application prospect. The application of the carbon electrode material prepared by the preparation process to the supercapacitor is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超级电容器的碳电极材料制备方法
本专利技术涉及电容器材料这一
，特别涉及到应用于超级电容器的碳电极材料制备方法。
技术介绍
随着环境污染的加剧和能源危机的日趋严重，人们对新型移动电源的发展需求变得越来越迫切，超级电容器高功率、快速可充且循环寿命长的特点符合人类对新型能源的需求。超级电容器是一种既具有传统电容器般高功率密度，又具有化学电源类似的能量密度的新型储能器件，按照其储能原理通常分为赝电容超级电容器、双电层超级电容器和混合型超级电容器。赝电容超级电容器主要是利用在电极表面或表面附近发生快速且可逆的氧化还原反应实现储能，赝电容超级电容器的电极材料主要为过渡金属氧化物和导电聚合物。双电层超级电容器是利用正、负离子在两个碳电极和电解液之间的界面上分别吸附，造成两个电极之间的电势差实现储能，双电层超级电容器通常采用具有高比表面的碳基活性材料作为电极材料。混合型超级电容器为一极采用电池材料通过电化学反应来储存和转化能量，另一极则通过双电层来储存能量，具有不对称的电极。当前研究热点是其电极材料，包括碳材料、金属氧化物和导电聚合物。由于碳材料具有较高的比表面积、优异的导电能力、独特的化学稳定性、良好的成型性，同时价格相对低廉、原料来源丰富、生产工艺也比较成熟，至今仍是超级电容器应用最广泛的电极材料。然而，传统的碳电极材料往往存在电导率不高、比电容不足、循环次数少等缺陷，制约了超级电容器的广泛应用，这就需要开发出新的碳电极材料。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供应用于超级电容器的碳电极材料制备方法，该工艺通过将乙炔炭黑和硫酸、苯乙烯磺酸钠进行混合加热，经保温、冷却、稀释、离心分离、洗涤等一系列操作后得到改性炭黑复合物，再加入磷酸氢二锂、氯化镍于反应釜中进行反应，干燥后进行酸处理，再将其与丙烯腈粉末、二甲基亚砜、正硅酸乙酯等经高温反应的反应物混合，加入蒸馏水超声分散，并添加氰尿酸三聚氰胺、雾化铜粉、硫化锗、二叔戊酰甲烷铈、硅烷偶联剂进行高温反应，最后通过洗涤、真空干燥得到成品。制备而成的应用于超级电容器的碳电极材料，其电导率高，比电容大，循环次数多，具有较好的应用前景。同时还公开了由该制备工艺制得的应用于超级电容器的碳电极材料在制备超级电容器中的应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：应用于超级电容器的碳电极材料制备方法，包括以下步骤：（1）将15g乙炔炭黑在0℃条件下按液固比8-12与质量浓度92%的硫酸混合，加入3g对苯乙烯磺酸钠，以8-10℃/min的速率加热，升温至110℃后保温反应持2-3h，随后将反应混合液冷却至室温，向反应混合液中加入600mL蒸馏水进行稀释，然后按照7000-8000rpm的转速进行离心，分离去除溶液，再用1000mL无水乙醇将离心分离得到的下层沉淀物洗涤2-3次，将洗涤后的沉淀物加入蒸馏水配成液固比为15的混合液并将转移到高压水热反应釜中，保持其体积填充率为1.2，在350℃下水热处理10-15h，冷却至室温后将水热产物洗涤、抽滤，直至pH值为7.0-7.2，然后放入温度为75℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性碳黑复合物；（2）将步骤（1）得到的改性炭黑复合物与2g磷酸氢二锂加入到蒸馏水中以25KHz的频率超声分散30min，然后加入氯化镍0.08g，在室温下以3000rpm搅拌30min，将形成的混合液转移到反应釜中，在150℃下反应50min；反应结束后，将反应混合液置于80℃烘箱中干燥过夜，得到干燥产物；（3）用2.0mol/L的盐酸对步骤（2）的干燥产物进行酸处理，盐酸与干燥产物的液固比为8-10、处理温度为55℃、处理时间为3-5h，随后用去离子水洗涤抽滤至pH值为中性，将处理后的产物放入温度为60℃的真空干燥箱中干燥24h，得第一干燥反应物；（4）将0.6mg聚丙烯腈粉末溶解于适量的二甲基亚砜，再加入100mL浓度为0.5mol/L的氨水溶液，以200rpm的速率在70℃下搅拌3-5min，然后缓慢加入0.5mL正硅酸乙酯，然后在聚四氟乙烯容器中升温至100℃，加入10ml浓度为0.2mol/L的柠檬酸溶液，继续升温至150℃并在此温度下搅拌8-10h，将得到的产物按照5000rpm的转速进行离心，沉淀物用去离子水进行洗涤，在120℃下干燥后得到第二干燥反应物；（5）将步骤（3）得到的第一干燥反应物和步骤（4）得到的第二干燥反应物混合，加入蒸馏水中，以50KHz的频率超声处理45min得到混合分散液，向其中添加0.5-0.8g氰尿酸三聚氰胺，0.2-0.4g雾化铜粉，0.1-0.3g硫化锗，0.06-0.1g二叔戊酰甲烷铈，0.05-0.08g硅烷偶联剂，然后升温至110℃，保温搅拌25-30min，冷却至室温后将反应液过滤得到固态产物，用水和乙醇将其洗涤至中性，再置于60-70℃真空干燥箱中干燥18h，得到应用于超级电容器的碳电极材料。优选地，所述步骤（1）中乙炔炭黑的吸碘值为105g/Kg。优选地，所述步骤（5）中向混合分散液中添加0.6g氰尿酸三聚氰胺，0.3g雾化铜粉，0.2g硫化锗，0.08g二叔戊酰甲烷铈，0.05g硅烷偶联剂。优选地，所述步骤（5）中的硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的任意一种。本专利技术还提供了由上述制备工艺得到的应用于超级电容器的碳电极材料在制备超级电容器中的应用。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：（1）本专利技术的应用于超级电容器的碳电极材料制备工艺通过将乙炔炭黑和硫酸、苯乙烯磺酸钠进行混合加热，经保温、冷却、稀释、离心分离、洗涤等一系列操作后得到改性炭黑复合物，再加入磷酸氢二锂、氯化镍于反应釜中进行反应，干燥后进行酸处理，再将其与丙烯腈粉末、二甲基亚砜、正硅酸乙酯等经高温反应的反应物混合，加入蒸馏水超声分散，并添加氰尿酸三聚氰胺、雾化铜粉、硫化锗、二叔戊酰甲烷铈、硅烷偶联剂进行高温反应，最后通过洗涤、真空干燥得到成品。制备而成的应用于超级电容器的碳电极材料，其电导率高，比电容大，循环次数多，具有较好的应用前景。（2）本专利技术的应用于超级电容器的碳电极材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。具体实施方式下面结合具体实施例对专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1（1）将15g吸碘值为105g/Kg乙炔炭黑在0℃条件下按液固比8与质量浓度92%的硫酸混合，加入3g对苯乙烯磺酸钠，以8℃/min的速率加热，升温至110℃后保温反应持2h，随后将反应混合液冷却至室温，向反应混合液中加入600mL蒸馏水进行稀释，然后按照7000rpm的转速进行离心，分离去除溶液，再用1000mL无水乙醇将离心分离得到的下层沉淀物洗涤2次，将洗涤后的沉淀物加入蒸馏水配成液固比为15的混合液并将转移到高压水热反应釜中，保持其体积填充率为1.2，在350℃下水热处理10h，冷却至室温后将水热产物洗涤、抽滤，直至pH值为7.0，然后放入温度为75℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性碳黑复合物；（2）将步骤（1）得到的改性炭黑复合物与2g磷酸氢二锂加入到蒸馏水中以25KHz的频率超声分散30min，然后加入氯化镍0.08g，在室温下以3000rpm搅拌30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于超级电容器的碳电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将15 g乙炔炭黑在0℃条件下按液固比8‑12与质量浓度92%的硫酸混合，加入3 g对苯乙烯磺酸钠，以8‑10℃/min 的速率加热，升温至110℃后保温反应持2‑3 h，随后将反应混合液冷却至室温，向反应混合液中加入600 mL蒸馏水进行稀释，然后按照7000‑8000 rpm的转速进行离心，分离去除溶液，再用1000 mL无水乙醇将离心分离得到的下层沉淀物洗涤2‑3次，将洗涤后的沉淀物加入蒸馏水配成液固比为15的混合液并将转移到高压水热反应釜中，保持其体积填充率为1.2，在350℃下水热处理10‑15 h，冷却至室温后将水热产物洗涤、抽滤，直至pH值为7.0‑7.2，然后放入温度为75℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性碳黑复合物；（2）将步骤（1）得到的改性炭黑复合物与2g 磷酸氢二锂加入到蒸馏水中以25 KHz的频率超声分散30 min，然后加入氯化镍0.08 g，在室温下以3000 rpm搅拌30 min，将形成的混合液转移到反应釜中，在150℃下反应50 min；反应结束后，将反应混合液置于80 ℃烘箱中干燥过夜，得到干燥产物；（3）用2.0 mol/L的盐酸对步骤（2）的干燥产物进行酸处理，盐酸与干燥产物的液固比为8‑10、处理温度为55℃、处理时间为3‑5 h，随后用去离子水洗涤抽滤至pH值为中性，将处理后的产物放入温度为60℃的真空干燥箱中干燥24 h，得第一干燥反应物；（4）将0.6 mg聚丙烯腈粉末溶解于适量的二甲基亚砜，再加入100 mL浓度为0.5 mol/L的氨水溶液，以200 rpm的速率在70℃下搅拌3‑5 min，然后缓慢加入0.5 mL正硅酸乙酯，然后在聚四氟乙烯容器中升温至100℃，加入10 ml浓度为0.2 mol/L的柠檬酸溶液，继续升温至150℃并在此温度下搅拌8‑10 h，将得到的产物按照5000 rpm的转速进行离心，沉淀物用去离子水进行洗涤，在120℃下干燥后得到第二干燥反应物；（5）将步骤（3）得到的第一干燥反应物和步骤（4）得到的第二干燥反应物混合，加入蒸馏水中，以50 KHz的频率超声处理45 min得到混合分散液，向其中添加0.5‑0.8 g氰尿酸三聚氰胺，0.2‑0.4 g雾化铜粉，0.1‑0.3 g硫化锗，0.06‑0.1 g二叔戊酰甲烷铈，0.05‑0.08 g硅烷偶联剂，然后升温至110℃，保温搅拌25‑30 min，冷却至室温后将反应液过滤得到固态产物，用水和乙醇将其洗涤至中性，再置于60‑70℃真空干燥箱中干燥18 h，得到应用于超级电容器的碳电极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于超级电容器的碳电极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将15g乙炔炭黑在0℃条件下按液固比8-12与质量浓度92%的硫酸混合，加入3g对苯乙烯磺酸钠，以8-10℃/min的速率加热，升温至110℃后保温反应持2-3h，随后将反应混合液冷却至室温，向反应混合液中加入600mL蒸馏水进行稀释，然后按照7000-8000rpm的转速进行离心，分离去除溶液，再用1000mL无水乙醇将离心分离得到的下层沉淀物洗涤2-3次，将洗涤后的沉淀物加入蒸馏水配成液固比为15的混合液并将转移到高压水热反应釜中，保持其体积填充率为1.2，在350℃下水热处理10-15h，冷却至室温后将水热产物洗涤、抽滤，直至pH值为7.0-7.2，然后放入温度为75℃的真空干燥箱中干燥至恒重，得到改性碳黑复合物；（2）将步骤（1）得到的改性炭黑复合物与2g磷酸氢二锂加入到蒸馏水中以25KHz的频率超声分散30min，然后加入氯化镍0.08g，在室温下以3000rpm搅拌30min，将形成的混合液转移到反应釜中，在150℃下反应50min；反应结束后，将反应混合液置于80℃烘箱中干燥过夜，得到干燥产物；（3）用2.0mol/L的盐酸对步骤（2）的干燥产物进行酸处理，盐酸与干燥产物的液固比为8-10、处理温度为55℃、处理时间为3-5h，随后用去离子水洗涤抽滤至pH值为中性，将处理后的产物放入温度为60℃的真空干燥箱中干燥24h，得第一干燥反应物；（4）将0.6mg聚丙烯腈粉末溶解于适量的二甲基亚砜，再加入100mL浓度为0.5mol/L的氨水溶液，以200rpm的速率在70℃下搅拌3-5min，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄啸谷，张其土，
申请(专利权)人：苏州海凌达电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32