[发明专利]一种应用于超级电容器的三维电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及新能源材料技术领域，公开了一种应用于超级电容器的三维电极材料及其制备方法，该三维电极材料包括含氮掺杂三维类石墨材料和活性艳蓝KN‑R，其中含氮掺杂三维类石墨材料是以果糖和双氰胺为原料制备预混液，再将三聚氰胺海绵在预混液中浸润，最后通过高温热解制备，该含氮掺杂三维类石墨材料具有较高的比表面积，导电性等电化学性能优异；通过溶剂热法，利用活性艳蓝KN‑R和含氮掺杂三维类石墨材料的π‑π堆叠作用，将具有双电层电容特性和法拉第电容特型的材料进行结合，制备的三维电极材料具有良好的导电性、比电容表现优异且循环稳定性强，有利于实现在超级电容器电极材料中的应用。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体涉及一种应用于超级电容器的三维电极材料及其制备方法。

背景技术

在全球能源消耗激增，化石能源的不断枯竭和环境污染日益严重的时代背景下，大力发展清洁能源逐渐成为主流，因此，能量存储和转换装置得到了大规模的发展应用，超级电容器以其高功率密度和优异的循环稳定性，受到了越来越多的研究，根据储能机制的不同，超级电容器主要分为双电层电容器和法拉第电容器，不同类型的电容器所使用的电极材料有所不同，双电层电容器主要通过使用活性炭、石墨烯或者碳纳米管等碳电极材料与电解液之间的双层电荷进行有序分离实现电能存储，而法拉第电容器主要通过在有机化合物、金属氧化物或者导电聚合物等电极材料上发生氧化还原反应进行电能存储，将双电层电容器电极材料与法拉第电容器电极材料进行复合，通过彼此之间的协同作用，制备具有高能量密度的电容器电极材料，是近年来超级电容器领域研究的主要方向之一。

申请号为CN201610768005.8的中国发明专利公开了一种氢氧化镍/石墨烯纳米复合材料及其制备方法、超级电容器电极及超级电容器，利用水热法制得呈片状的三维多孔的氢氧化镍/石墨烯纳米复合材料，该电极材料不仅具有双电层电容的高循环寿命、高功率密度和高稳定性，还具有法拉第电容器的高比电容特性，进而使得超级电容器具有优异的综合性能，但是镍等金属元素的生产和储存成本较高，而且镍属于重金属元素，大规模使用难免会造成重金属污染，不利于环境保护，因此，开发出能够结合双电层电容器和法拉第电容器优异性能，成本较低，且不会造成重金属环境污染的新型电极材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于超级电容器的三维电极材料及其制备方法，解决了传统超级电容器电极材料比电容较低、循环稳定性较差的问题。

一种应用于超级电容器的三维电极材料，包括以下重量份的原料：含氮掺杂三维类石墨材料10-20份、活性艳蓝KN-R10-20份；

所述含氮掺杂三维类石墨材料的制备方法包括以下步骤：

S1：向纯化水中加入果糖和双氰胺混匀，在70-80℃的温度条件下保温1-2h，得预混液；

S2：将三聚氰胺海绵浸入步骤S1制备的预混液中，待浸润完全，将其转移至冷冻干燥机中，冷冻干燥24-48h，得前驱体；

S3：将步骤S2制备的前驱体置于管式炉中，升高温度进行高温固相反应，待物料冷却至室温，研磨粉碎，得含氮掺杂三维类石墨材料。

进一步地，步骤S1中，所述果糖和双氰胺的质量比为0.1-0.2:1。

进一步地，步骤S2中，所述三聚氰胺海绵的密度为8kg/m³-10kg/m³。

进一步地，步骤S2中，所述三聚氰胺海绵和预混液的体积比为1:1-3。

进一步地，步骤S3中，所述固相反应时，以1-5℃/min的升温速率升温至500-600℃，保温1-2h，继续升温至700-800℃，保温1-2h。