[发明专利]一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法，属于储能技术领域。本发明复合材料的制备方法包括如下步骤：配制两亲性碳材料水溶液和金属盐溶液；在两亲性碳材料水溶液中加入石墨并混匀，然后加入金属盐溶液混合，得到粘稠状混合溶液；去除粘稠状混合溶液中的水，将得到的固体物质进行碳化，得到黑色的碳化粉末；对碳化粉末进行酸化处理中加水后加酸调节pH，然后去除水、干燥，即得双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料。本发明实现了多孔炭和石墨的有机结合，避免了超级电容电极材料和锂离子电池电极材料因密度差异较大而造成的混合不匀进而制得的电容电池性能难以进一步提升的问题。

发明领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法。

背景技术

超级电容依靠电极材料的双电层物理吸附储能，使之具有高功率、高安全、长寿命的优点，而锂离子电池依靠电极材料的锂离子脱/嵌化学储能，使之具有高比能的优点。随着市场应用的拓展，综合超级电容和锂离子电池的优点，研制兼具高功率、高比能、高安全、长寿命的储能器件(能量型超级电容或功率型锂离子电池)显得极其重要，而研究具有“双电层”物理储能和锂离子脱/嵌化学储能的双功能材料是研制新型储能器件的关键技术。目前，双功能储能材料主要采用多孔炭与锂电池材料的物理混合，例如活性炭与石墨的物理混合，然而由于活性炭(密度小于0.45g/cm³)和锂电池材料 (正极材料密度高于0.75g/cm³；负极石墨密度高于1.8g/cm³)密度差异较大，导致物理混合的均匀性较差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法，该方法能够实现多孔炭和石墨的有机结合，获得兼具“双电层”物理储能和锂离子脱/嵌化学储能的双功能多孔炭包覆石墨复合材料，从而避免了超级电容电极材料和锂离子电池电极材料因密度差异较大而造成的混合不匀的问题，解决了因两种材料混合不匀导致电容电池性能难以得到进一步提升的问题。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)分别以两亲性碳材料和金属盐为原料配制两亲性碳材料水溶液和金属盐溶液；

(2)在两亲性碳材料水溶液中加入石墨并混匀，然后加入金属盐溶液混合，得到粘稠状混合溶液；

(3)去除粘稠状混合溶液中的水，将得到的固体物质进行碳化，得到黑色的碳化粉末；

(4)对碳化粉末进行酸化处理，然后干燥，即得双功能储能多孔炭包覆石墨复合材料。

本发明在制备多孔炭包覆石墨复合材料时，采用两亲性碳材料与石墨混合，使两亲性碳材料先包覆石墨，此时加入金属盐，金属盐与碳材料发生交联反应，生成的交联化合物不溶于水，使得交联化合物能够固定包覆于石墨表面，形成以交联化合物为包覆层、以石墨为中心的核壳结构，大大提高了包覆层的稳定性及包覆层与石墨中心的结合性能。过滤去水后，通过高温碳化，交联化合物分解形成碳材料与碳酸金属盐，通过酸化处理可以去除碳酸金属盐，碳酸金属盐的失去使得包覆在石墨表面的碳材料形成多孔结构。本发明优选两亲性碳材料为原料，如使用非两亲性普通碳材料，其与金属盐不反应，无法形成多孔结构。本发明在制备过程中需将两亲性碳材料水溶液和石墨先混匀，然后再加入金属盐溶液，此顺序不能颠倒，如果先在两亲性碳材料水溶液中加入金属盐溶液，容易形成粘度较大的液体，导致后加的石墨难以分散。

作为优选，步骤(1)中所述两亲性碳材料水溶液的质量百分浓度为 10％-20％，所述金属盐溶液的质量百分浓度为5％-10％；

作为优选，步骤(1)中所述金属盐为铁、钙、铜、镍的硝酸盐或氯化盐中的一种或多种。