【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电容器，具体为一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法。
技术介绍
1、在当今能源需求不断增长和技术快速发展的时代，高性能的能源存储设备成为了研究的焦点。超级电容器作为一种具有广阔应用前景的储能装置，其性能的提升对于满足各种实际应用需求至关重要。
2、在超级电容器的研究中，电极材料的性能直接影响着整个器件的储能特性。活性炭因其良好的导电性和孔隙结构，常被用作载体材料。然而，单纯的活性炭电极材料能量密度有限，难以满足一些高能量需求的应用场景。
3、硅作为一种具有极高理论比容量的材料，在超级电容器电极材料的研究中引起了广泛关注。但硅在充放电过程中显著的体积变化导致电极结构破坏和性能衰减，限制了其实际应用。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，解决了硅在充放电过程中显著的体积变化导致电极结构破坏和性能衰减的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，包括活性炭载体50％—60％、硅纳米颗粒20％—30％、纳米碳纤维10％—20％、粘结剂1％—3％、锂盐添加剂：5％—10％、导电炭黑：1％-2％、金属纳米颗粒：10％-20％、增稠剂：1％—2％。
3、优选的，所述硅纳米材料包括：硅纳米颗粒、硅纳米片和硅纳米线，其中，硅纳米颗粒具有较高的比表面积，用于增加与电解液的接触面积；硅纳米片具有较大
4、优选的，所述粘结剂具体为聚偏氟乙烯溶液，所述增稠剂具体为羧甲基纤维素钠。
5、优选的，所述金属纳米颗粒具体为银金属纳米颗粒或者铜金属纳米颗粒。
6、一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
7、s1：原材料预处理：对制造一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的原材料进行加工处理，方便后续工序实施；
8、s2.制备混合溶液：将预处理后的硅纳米颗粒分散在有机溶剂，在40℃下搅拌2小时，形成均匀的溶液；
9、s3.浸渍与吸附：将活性炭载体浸泡在上述溶液中，在60℃-65℃和300rpm-350rpm的搅拌条件下搅拌4-5小时，使硅纳米颗粒充分吸附在活性炭的孔隙和表面；
10、s4.加入辅料：向浸渍后的体系中缓慢加入预处理后的纳米碳纤维，同时以1ml/min的速度滴加适量的粘结剂，聚偏氟乙烯溶液，浓度为5％-7％，以增强各成分之间的粘结力，然后在500rpm-600rpm的转速下搅拌3-4小时，使其充分混合均匀；
11、s5.干燥处理：将混合体系在80℃-90℃的真空干燥箱中干燥12-13小时，去除溶剂；
12、s6.热处理：在惰性气氛下，以5℃/min-7℃/min的升温速率升至650℃-660℃，对干燥后的样品进行热处理4-5小时，使各成分之间形成良好的结合；
13、s7.研磨与筛分：对热处理后的样品使用球磨机研磨2-3小时，并进行筛分处理，得到所需粒度的超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料。
14、优选的，所述原材料进行加工处理包括：对活性炭进行清洗、烘干后，在800℃-900℃的氮气氛围中进行活化处理2-3小时，以增加其孔隙率和比表面积；对硅纳米颗粒先使用行星式球磨机以300rpm-400rpm的转速研磨1-2小时，再将其分散在乙醇溶液中，并施加300w-400w的超声处理30-60分钟；对纳米碳纤维使用1mo l/l-3mo l/l的硝酸溶液进行酸化处理2-3小时，增强其表面活性。
15、优选的，所述有机溶剂包括：n-甲基吡咯烷酮。
16、优选的，所述惰性气氛包括：氩气气氛。
17、优选的，所述筛分处理具体为通过200目-250目的筛网对研磨后的样品进行筛分。
18、一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的应用，其特征在于，如权利要求1-2任一项所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，应用于电容器领域，尤其是电动汽车领域和便携式电子设备领域中。
19、本专利技术提供了一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法。
20、具备以下有益效果：
21、1、本专利技术通过将硅纳米颗粒、纳米碳纤维与活性炭载体进行合理配比和特殊处理，有效缓解了硅在充放电过程中的体积膨胀问题。硅纳米颗粒的高比表面积增加了与电解液的接触面积，提高了电化学性能；纳米碳纤维增强了材料的结构稳定性，使得电极在长期循环过程中能够保持良好的完整性，从而显著提高了材料的循环性能和使用寿命。
22、2、本专利技术采用不同形态的硅纳米材料(硅纳米颗粒、硅纳米片、硅纳米线)与活性炭载体相结合，并针对不同实施例优化了原材料的配比和处理方式，满足了不同应用场景对超级电容器性能的多样化需求，拓宽了其应用范围。
23、3、本专利技术通过添加锂盐添加剂，优化了固体电解质界面膜的形成，同时加入导电炭黑，有效提升了电容器成品首次库伦效率和整体电化学性能，解决了传统材料导电性不够好，硅纳米片在充放电时易出现性能不稳定，以及初次充电效率不高的问题。
24、4、本专利技术通过添加金属纳米颗粒、增稠剂，改善了材料各成分之间的融合效果，增强了材料的整体结构稳定性，金属纳米颗粒的引入进一步提高了材料的电导率，使电容器在高电流密度下仍能保持良好的性能，有效解决了材料在高倍率工作时性能下降的问题。
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1.一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，包括活性炭载体50％—60％、硅纳米颗粒20％—30％、纳米碳纤维10％—20％、粘结剂1％—3％、锂盐添加剂：5％—10％、导电炭黑：1％-2％、金属纳米颗粒：10％-20％、增稠剂：1％—2％。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述硅纳米材料包括：硅纳米颗粒、硅纳米片和硅纳米线，其中，硅纳米颗粒具有较高的比表面积，用于增加与电解液的接触面积；硅纳米片具有较大的平面结构，相对较薄的片状结构用于缩短锂离子的扩散路径；硅纳米线的线状结构用于为锂离子和电子提供定向传输通道。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述粘结剂具体为聚偏氟乙烯溶液，所述增稠剂具体为羧甲基纤维素钠。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述金属纳米颗粒具体为银金属纳米颗粒或者铜金属纳米颗粒。
5.一种权利要求1-4任一项所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，
6.根据权利要求5所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述原材料进行加工处理包括：对活性炭进行清洗、烘干后，在800℃-900℃的氮气氛围中进行活化处理2-3小时，以增加其孔隙率和比表面积；对硅纳米颗粒先使用行星式球磨机以300rpm-400rpm的转速研磨1-2小时，再将其分散在乙醇溶液中，并施加300W-400W的超声处理30-60分钟；对纳米碳纤维使用1mol/L-3mol/L的硝酸溶液进行酸化处理2-3小时，增强其表面活性。
7.根据权利要求5所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括：N-甲基吡咯烷酮。
8.根据权利要求5所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛包括：氩气气氛。
9.根据权利要求5所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述筛分处理具体为通过200目-250目的筛网对研磨后的样品进行筛分。
10.一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的应用，其特征在于，如权利要求1-2任一项所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，应用于电容器领域，尤其是电动汽车领域和便携式电子设备领域中。
...【技术特征摘要】
1.一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，包括活性炭载体50％—60％、硅纳米颗粒20％—30％、纳米碳纤维10％—20％、粘结剂1％—3％、锂盐添加剂：5％—10％、导电炭黑：1％-2％、金属纳米颗粒：10％-20％、增稠剂：1％—2％。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述硅纳米材料包括：硅纳米颗粒、硅纳米片和硅纳米线，其中，硅纳米颗粒具有较高的比表面积，用于增加与电解液的接触面积；硅纳米片具有较大的平面结构，相对较薄的片状结构用于缩短锂离子的扩散路径；硅纳米线的线状结构用于为锂离子和电子提供定向传输通道。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述粘结剂具体为聚偏氟乙烯溶液，所述增稠剂具体为羧甲基纤维素钠。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料，其特征在于，所述金属纳米颗粒具体为银金属纳米颗粒或者铜金属纳米颗粒。
5.一种权利要求1-4任一项所述的一种超级电容器活性炭作载体的沉硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种超级电容器活性炭作载体...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈海峰，陈海文，刘兴，
申请(专利权)人：神木市国普活性炭有限公司，
类型：发明
国别省市：
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