一種高孔隙率長孔秸稈基復合電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學能源材料領域，特別是一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]超級電容器是一種性能介于電介質電容器和電池之間的新型儲能裝置，該裝置具有充放電速率快、比容量大、循環壽命長等優點，廣泛應用與便攜式電子設備、混合動力汽車等領域。電極材料是超級電容器最為關鍵的部分，也是決定其性能的主要因素，因此開發具有優異儲電性能的電極材料是超級電容器研宄中最核心內容。鎳鈷錳酸鋰具有高能量密度、循環性能好，在常溫和高溫下，均具有優異的循環穩定性；熱穩定性好；循環壽命長，IC循環壽命500次容量保持80%以上；晶體結構理想、自放電小、無記憶效應等突出優點，其憑借容量高、熱穩定性能好、充放電壓寬等優良的電化學性能而受到廣泛關注。本發明利用秸桿通過炭化、活化等工藝制備活性炭，具有比表面積大、空隙分布均勻等優點，通過偶聯反應和鎳鈷錳酸鋰、改性乙炔黑等導電材料復合，制備出了新型高孔隙率秸桿基復合電極材料，解決了電極材料成本消耗大、導電率低、比電容小等問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料及其制備方法。
[0004]為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施:
一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，由下列重量份的原料制成:鎳鈷錳酸鋰2-4、碳納米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化鈮1-2、硅烷偶聯劑KH-5701-2、淀粉2_3、二茂釩2-4、秸桿1000-1200、氯化鋅8-12、稀鹽酸4-7、改性乙炔黑3-5、蒸餾水100-150 ；
所述改性乙炔黑是由下列重量份的原料制成:硫酸鋇3-5、乙炔黑40-60、木質素1-2、二硫化鑰4_5、四氣化娃5_7、聚乙稀醇2_3、蒸飽水10-20 ;制備方法是:將硫酸鎖、木質素、二硫化鉬加到四氯化硅的溶液中，超聲分散1-2小時，再將所得的物質抽濾后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成懸濁液，再將懸濁液涂覆在經臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的條件下燒結3-5小時，自然冷卻至室溫后研磨成200-400目粉末即可。
[0005]本發明所述一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，由以下具體的步驟制成:
(1)將秸桿粉碎成細小顆粒狀，清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，再將氯化鋅和稀鹽酸加到蒸餾水中，攪拌均勻后加入秸桿浸泡4-8小時，干燥除水后加到炭化爐中，先在250-350° C下低溫碳化1-2小時，升高溫度至450-550° C，繼續炭化1_2小時后備用；
(2)將淀粉、硅烷偶聯劑KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸餾水中，加熱至60-70°C攪拌均勻，再加入鎳鈷錳酸鋰、碳納米管、氯化鈮、二茂釩和步驟(I)的物料，攪拌反應1-2小時，反應結束后加到微波干燥機中于130-150° C下干燥3-5小時；
(3)將步驟(2)的產物和改性乙炔黑混合，在氮氣的氣氛下球磨2-3小時，再加到煅燒爐中繼續在氮氣的保護下于700-750° C煅燒3-4小時，冷卻，粉碎即可得到。
[0006]本發明的優點是:本發明添加的改性乙炔黑具有增強了導電性能和改善高倍率充放電性能等優點，通過偶聯反應和鎳鈷錳酸鋰、碳納米管等導電材料復合，制備出了新型高孔隙率、高導電復合電極材料，解決了電極材料成本消耗大、導電率低、比電容小等問題。
[0007]具體實施方案
下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。
[0008]一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:鎳鈷錳酸鋰3、碳納米管2、N-甲基吡咯烷酮5、氯化鈮1、硅烷偶聯劑KH-5701、淀粉2、二茂釩3、秸桿1200、氯化鋅9、稀鹽酸7、改性乙炔黑5、蒸餾水150 ;
所述改性乙炔黑是由下列重量份(公斤)的原料制成:硫酸鋇4、乙炔黑55、木質素1、二硫化鉬4、四氯化硅7、聚乙烯醇2、蒸餾水17 ;制備方法是:將硫酸鋇、木質素、二硫化鉬加到四氯化硅的溶液中，超聲分散1-2小時，再將所得的物質抽濾后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成懸濁液，再將懸濁液涂覆在經臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的條件下燒結3-5小時，自然冷卻至室溫后研磨成200-400目粉末即可。
[0009]本發明所述一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，由以下具體的步驟制成:
(1)將秸桿粉碎成細小顆粒狀，清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，再將氯化鋅和稀鹽酸加到蒸餾水中，攪拌均勻后加入秸桿浸泡4-8小時，干燥除水后加到炭化爐中，先在250-350° C下低溫碳化1-2小時，升高溫度至450-550° C，繼續炭化1_2小時后備用；
(2)將淀粉、硅烷偶聯劑KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸餾水中，加熱至60-70°C攪拌均勻，再加入鎳鈷錳酸鋰、碳納米管、氯化鈮、二茂釩和步驟(I)的物料，攪拌反應1-2小時，反應結束后加到微波干燥機中于130-150° C下干燥3-5小時；
(3)將步驟(2)的產物和改性乙炔黑混合，在氮氣的氣氛下球磨2-3小時，再加到煅燒爐中繼續在氮氣的保護下于700-750° C煅燒3-4小時，冷卻，粉碎即可得到。
[0010]將電極材料和導電劑、粘結劑按照比例混合均勾，通過壓輥機制成薄片，干燥后壓在不銹鋼網集流體上，制成超級電容器，其參比電極為飽和甘汞電極，電解液為9mol/l的氫氧化鈉溶液，在-0.2V至0.8V的電壓范圍內進行恒流充放電測試，電流為0.2A/g時，比電容為234F/g，電流為ΙΟΑ/g時，比電容為159F/g。
【主權項】
1.一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:鎳鈷錳酸鋰2-4、碳納米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化鈮1-2、硅烷偶聯劑KH-5701-2、淀粉2-3、二茂釩2-4、秸桿1000-1200、氯化鋅8_12、稀鹽酸4_7、改性乙炔黑3_5、蒸餾水100-150 ； 所述改性乙炔黑是由下列重量份的原料制成:硫酸鋇3-5、乙炔黑40-60、木質素1-2、二硫化鑰4_5、四氣化娃5_7、聚乙稀醇2_3、蒸飽水10-20 ;制備方法是:將硫酸鎖、木質素、二硫化鉬加到四氯化硅的溶液中，超聲分散1-2小時，再將所得的物質抽濾后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成懸濁液，再將懸濁液涂覆在經臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700° C的條件下燒結3-5小時，自然冷卻至室溫后研磨成200-400目粉末即可。
2.根據權利要求1所述一種高孔隙率長孔秸桿基復合電極材料，其特征在于，由以下具體的步驟制成: (1)將秸桿粉碎成細小顆粒狀，清洗干凈后烘干，水分控制在20-25%左右，再將氯化鋅和稀鹽酸加到蒸餾水中，攪拌均勻后加入秸桿浸泡4-8小時，干燥除水后加到炭化爐中，先在250-350° C下低溫碳化1-2小時，升高溫度至450-550° C，繼續炭化1_2小時后備用； (2)將淀粉、硅烷偶聯劑KH-570和N-甲基吡咯烷酮加到蒸餾水中，加熱至60-70°C攪拌均勻，再加入鎳鈷錳酸鋰、碳納米管、氯化鈮、二茂釩和步驟(I)的物料，攪拌反應1-2小時，反應結束后加到微波干燥機中于130-150° C下干燥3-5小時； (3)將步驟(2)的產物和改性乙炔黑混合，在氮氣的氣氛下球磨2-3小時，再加到煅燒爐中繼續在氮氣的保護下于700-750° C煅燒3-4小時，冷卻，粉碎即可得到。
【專利摘要】本發明公開了一種高孔隙率長孔秸稈基復合電極材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：鎳鈷錳酸鋰2-4、碳納米管1-3、N-甲基吡咯烷酮3-5、氯化鈮1-2、硅烷偶聯劑KH-5701-2、淀粉2-3、二茂釩2-4、秸稈1000-1200、氯化鋅8-12、稀鹽酸4-7、改性乙炔黑3-5、蒸餾水100-150；本發明添加的改性乙炔黑具有增強了導電性能和改善高倍率充放電性能等優點，通過偶聯反應和鎳鈷錳酸鋰、碳納米管等導電材料復合，制備出了新型高孔隙率、高導電復合電極材料，解決了電極材料成本消耗大、導電率低、比電容小等問題。
【IPC分類】H01G11-34, H01G11-30, H01G11-36, H01G11-46
【公開號】CN104867694
【申請號】CN201510157827
【發明人】丁輝, 萬美云, 鮑啟兵
【申請人】安徽江威精密制造有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月3日