CN104851599A - 一种循环性能稳定性高的复合电极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环性能稳定性高的复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：甲基戊醇2-4、二甲基乙酰胺1-2、纳米氢氧化钛2-4、海泡石粉0.5-1、二硼化钛1-2、氧化铯1-2、改性废弃PVC基活性炭100-120、聚乙烯醇1-2、蒸馏水10-13、丙烯酸甲酯1-2；本发明制备利用废弃的PVC制备出高比表面积、多孔、导电性高的电极材料为基体，具有原料易得，废物利用，制备工艺简单等优点；掺杂的氢氧化钛在高温下增加炭材料的孔隙，增大比表面积，提高导电率，并且安全性高、循环稳定性好，同时原料资源丰富，价格低廉等优点。

Description

一种循环性能稳定性高的复合电极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种循环性能稳定性高的复合电极材料及其制备方法。
背景技术
能源是人类生存与发展的物质基础，随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益严重，研究一种高效、成本低、环境友好、性能高的能源转换设备势在必行。电化学电容器也称超级电容器，它是一种在性能上比传统电容器更优异的电容器，由于这种新型的能源器件所能储存的能量比传统物理电容器大一个数量级以上，同时又具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，被广泛应用于在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费型电子产等领域，从而引起了科研工作者的广泛关注。电化学电容器可以根据电荷储存机理分为二类：一类是电化学双电层电容器，该类电容器的电极材料主要是碳材料；另一类是法拉第赝电容器，该类电容器的电极材料主要是过渡金属氧化物。碳材料具有高比表面积、成本低、循环寿命长等优点，但是碳基电极材料的缺点就是比电容低；过渡金属氧化物具有高的比电容和优异的循环可逆性，但是成本较高。氢氧化钛是一种两性化合物，在高温煅烧下会生成二氧化钛，二氧化钛作为一种“零应变”材料，充放电过程中结构几乎不发生变化，具有安全性高、循环稳定性高等优点，同时原料资源丰富，价格低廉，并且纳米级氢氧化钛在高温下煅烧，会增加炭材料的孔隙，增大比表面积，提高导电率。
本发明利用废弃的PVC通过炭化、活化、掺杂改性制备的活性炭基电极材料，不仅解决了“白色污染”对环境带来的危害，并且制备的电极材料比电容高、循环稳定性高，作为超级电容器的电极材料，应用前景十分广泛。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环性能稳定性高的复合电极材料及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种循环性能稳定性高的复合电极材料，由下列重量份的原料制成：甲基戊醇2-4、二甲基乙酰胺1-2、纳米氢氧化钛2-4、海泡石粉0.5-1、二硼化钛1-2、氧化铯1-2、改性废弃PVC基活性炭100-120、聚乙烯醇1-2、蒸馏水10-13、丙烯酸甲酯1-2；
所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份的原料制成：阳起石粉5-6、硫酸镁2-3、铝酸酯偶联剂DL-4112-3、麦饭石粉2-4、竹炭6-10、二甲基硅油1-2、废弃PVC材料300-500、聚苯乙烯微球5-8、高锰酸钾20-30、碳酸锆钾2-3、环己酮100-150；制备方法是将废弃的PVC材料和聚苯乙烯微球加到环己酮中溶解，再加入阳起石粉、麦饭石粉、竹炭搅拌均匀，升高温度至60-80°C，再加入二甲基硅油、铝酸酯偶联剂DL-411、硫酸镁、碳酸锆钾搅拌反应1-2小时，加到双螺旋机中挤出制粒，将制成的颗粒加到炭烧炉中，和高锰酸钾混合均匀在氮气的保护下于700-800°C下煅烧2-4小时，自然冷却至室温粉碎即可。
本发明所述一种循环性能稳定性高的复合电极材料，由以下步骤具体制成：
（1）将蒸馏水、聚乙烯醇、甲基戊醇、海泡石粉和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；
（2）将步骤（1）的产物和丙烯酸甲酯及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600°C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
本发明的优点是：本发明制备利用废弃的PVC制备出高比表面积、多孔、导电性高的电极材料为基体，具有原料易得，废物利用，制备工艺简单等优点；掺杂的氢氧化钛在高温下增加炭材料的孔隙，增大比表面积，提高导电率，并且安全性高、循环稳定性好，同时原料资源丰富，价格低廉等优点。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种循环性能稳定性高的复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：甲基戊醇4、二甲基乙酰胺2、纳米氢氧化钛4、海泡石粉0.5、二硼化钛1、氧化铯1、改性废弃PVC基活性炭100、聚乙烯醇2、蒸馏水12、丙烯酸甲酯2；
所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份（公斤）的原料制成：阳起石粉5、硫酸镁3、铝酸酯偶联剂DL-4112、麦饭石粉3、竹炭8、二甲基硅油1、废弃PVC材料500、聚苯乙烯微球7、高锰酸钾30、碳酸锆钾3、环己酮130；制备方法是将废弃的PVC材料和聚苯乙烯微球加到环己酮中溶解，再加入阳起石粉、麦饭石粉、竹炭搅拌均匀，升高温度至60-80°C，再加入二甲基硅油、铝酸酯偶联剂DL-411、硫酸镁、碳酸锆钾搅拌反应1-2小时，加到双螺旋机中挤出制粒，将制成的颗粒加到炭烧炉中，和高锰酸钾混合均匀在氮气的保护下于700-800°C下煅烧2-4小时，自然冷却至室温粉碎即可。
本发明所述一种循环性能稳定性高的复合电极材料，由以下步骤具体制成：
（1）将蒸馏水、聚乙烯醇、甲基戊醇、海泡石粉和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；
（2）将步骤（1）的产物和丙烯酸甲酯及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600°C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
以实施例中的电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合，加入少量的无水乙醇混合均匀，均匀涂抹在不锈钢网集流体上真空干燥，以饱和甘汞电极为参比电极，聚四氟乙烯为隔膜，以6mol/l的KOH电解质水溶液为电解液，在1.2-2.5V的范围内，在恒流（5mA）下进行循环测试，容量：1.64F，内阻：1.5Ω·m，循环容量保持率（%）：98.5。

Claims (2)

1.一种循环性能稳定性高的复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：甲基戊醇2-4、二甲基乙酰胺1-2、纳米氢氧化钛2-4、海泡石粉0.5-1、二硼化钛1-2、氧化铯1-2、改性废弃PVC基活性炭100-120、聚乙烯醇1-2、蒸馏水10-13、丙烯酸甲酯1-2；
所述改性废弃PVC基活性炭是由下列重量份的原料制成：阳起石粉5-6、硫酸镁2-3、铝酸酯偶联剂DL-4112-3、麦饭石粉2-4、竹炭6-10、二甲基硅油1-2、废弃PVC材料300-500、聚苯乙烯微球5-8、高锰酸钾20-30、碳酸锆钾2-3、环己酮100-150；制备方法是将废弃的PVC材料和聚苯乙烯微球加到环己酮中溶解，再加入阳起石粉、麦饭石粉、竹炭搅拌均匀，升高温度至60-80°C，再加入二甲基硅油、铝酸酯偶联剂DL-411、硫酸镁、碳酸锆钾搅拌反应1-2小时，加到双螺旋机中挤出制粒，将制成的颗粒加到炭烧炉中，和高锰酸钾混合均匀在氮气的保护下于700-800°C下煅烧2-4小时，自然冷却至室温粉碎即可。
2.根据权利要求1所述一种循环性能稳定性高的复合电极材料，其特征在于，由以下步骤具体制成：
（1）将蒸馏水、聚乙烯醇、甲基戊醇、海泡石粉和改性废弃PVC基活性炭混合搅拌均匀，加热至50-60°C，形成浆料，喷雾干燥后备用；
（2）将步骤（1）的产物和丙烯酸甲酯及其余剩余物质混合研磨，研磨后置于管式炉中，通入纯氨气，在400-600°C温度下退火处理2-4小时，得到氮包覆的废弃PVC基复合电极材料。
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