[发明专利]柔性氮掺杂活性碳复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明申请提供了柔性氮掺杂活性碳复合电极材料及其制备方法，其制备方法是将蚕茧壳多薄片分剥离后，再进行低分子量酚醛树脂复合和高温活化处理，最终制得柔性氮掺杂活性碳复合电极材料。本碳复合电极材料具有高润湿性，具有一定强度和柔性变形能力，其电荷传导性能及电容性能大幅度提高。

技术领域

本发明申请涉及的是活性碳复合电极材料及其制备方法，尤其涉及的是超级电容器活性碳复合电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是介于传统电池和电容器之间的储能器件，可以同时提供较高的功率密度和能量密度。但目前的超级电容器的进一步技术发展却受制于电极材料能量密度低、制造成本高等现实问题。活性碳成本低、原料来源广泛、制备工艺简单，是更多电极材料的首选，其性能决定于碳源和制备工艺等因素。但现有的活性碳材料比电容较低，电容性能有待于提高。碳纳米管在一维方向上的导电性能较高，电容性能较好，但制备工艺复杂、成本高，制约其大规模商业化应用。石墨烯具有优良的比表面积和导电性能，是超级电容器的理想电极材料，但制造成本较高，尤其是高活性石墨烯的制备成本更加高昂。

另外，电极材料制备原料通常为粉末状，需要使用大量的粘合剂和导电添加剂来固定成型，粘合剂和导电添加剂的使用，如聚偏氟乙烯PVSF、乙炔黑等，导致电极材料膜电阻增加和电极质量增大，使膜电极的比电容、比能量和比功率被实际削低，且不能柔性变形。

发明内容

本发明申请的发明目的在于消除粘合剂和导电添加剂的成形依赖，提供一种具有自撐能力和柔性弯曲能力，且电荷存储性能优良、制备工艺简单、成本优势大的柔性氮掺杂活性碳复合电极材料及其制备方法。

本发明申请提供的柔性氮掺杂活性碳复合电极材料制备方法技术方案，其主要技术内容是：一种柔性氮掺杂活性碳复合电极材料制备方法，其制备方法是：①、蚕茧壳软化、分剥得到蚕纤维网络薄片；②、蚕纤维网络薄片与低分子量酚醛树脂复合：蚕纤维网络薄片置入低分子量酚醛树脂合成液中，110～150℃中反应12～24小时，得中间复合品；③、将第②步中间复合品置于氮气气氛中500～800℃焙烘，其氮气流量为2～20ml/min。

本发明申请还提供了一种由上述柔性氮掺杂活性碳复合电极材料制备方法制得的柔性氮掺杂活性碳复合电极材料。

本发明专利申请提供的柔性氮掺杂活性碳复合电极材料及其制备方法，采用蛋白质含量较高的天然纤维蚕茧壳为原料制备得到的活性碳电极材料，本碳电极材料的润湿性提高，具有一定强度和柔性变形能力，而且电荷传导性能及电容性能大幅度提高。本碳电极材料中包含有石墨、石墨烯、活性碳等各种成份，且内部分布有丰富的大、中、小不同规格的孔径，其中4nm 的微孔和中孔结构占主导，其比表面积大、电荷传输膜内电阻小，比功率大、比电容高，在水溶液电解质中，其电位窗达到2V，比电容达到了211F/g，由其组装的超级电容器比功率密度达到23.8wh/Kg。另外，在制备过程中无需添加使用胶黏剂和导电剂，其膜电极质量轻，膜电极的活性和电容性能得到大幅度提高。

附图说明

图1 为本柔性氮掺杂活性碳复合电极材料的X-射线光电子衍射谱图。

图2为氮气吸附、脱附曲线及孔径分布图。

图3 为本柔性氮掺杂活性碳复合电极材料，面积为1 cm * 1 cm、在1M Na2SO4电解质水溶液中的循环伏安曲线图。

图4 为由本柔性氮掺杂活性碳复合电极材料组装的对称型双电极超级电容器在不同恒电流下的充放电曲线图。

具体实施方式

本发明申请公开的柔性氮掺杂活性碳复合电极材料制备方法，是将蚕茧壳多薄片分剥离后，再进行低分子量酚醛树脂复合和高温活化处理，最终制得柔性氮掺杂活性碳复合电极材料。其制备方法具体是：