CN106098401B - 一种碳包铜复合电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳包铜复合电极材料的制备方法。包括以下步骤：把洁净的铜高温氧化，得到具有发射状结构的纳米氧化铜线阵列；采用化学镀的方法在所得材料的表面镀上一层镍；采用浸渍的方法，在所得材料表面覆盖一层有机聚合物；将步骤3所得材料高温处理，使有机聚合物碳化，获得纳米碳包铜线阵列。本发明碳层包覆在纳米铜线表面，具有良好导电能力的纳米铜线均匀分布于碳材料中，导电能力强；在纳米铜线和碳层之间有一层镍，部分镍与铜在高温下形成合金，具有非常良好的化学稳定性；镍和碳之间具有很强的亲和力，电极的制备不需要粘接剂，能很好地解决目前碳材料电极存在的导电能力差、结构不稳定等问题。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及到具体一种超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器也称为电化学电容器，是通过静电作用进行电荷储存，将电解液中的离子可逆地吸附到高比表面积的材料中，目前主要采用的电极材料有碳材料和金属氧化物。对于碳材料的开发，活性炭是很好的电容器材料，其具有比表面积高，价格相对低廉等特点，但活性炭导电能力差，并且需要粘结剂对电极材料进行粘结，导致电极电阻增大。
发明内容
本发明目的在于提供一种复合电极材料的制备方法。该方法采用高温氧化和有机物碳化技术，操作简单，制备的碳包铜纳米线为阵列结构，具有较高的超级电容器功率密度和能量密度。
一种碳包铜复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：
1)把洁净的铜高温氧化，得到CuO/Cu复合材料；所述CuO/Cu复合材料具有发射状结构的纳米氧化铜线阵列；
2)采用化学镀的方法在步骤1所得材料的表面镀上一层镍；
3)采用浸渍的方法，在步骤2所得材料表面覆盖一层有机聚合物；
4)将步骤3所得材料高温处理，使有机聚合物碳化，获得纳米碳包铜线阵列。
按上述方案，步骤1高温氧化温度为300～600℃，时间为2～6h；空气氛围。
按上述方案，步骤2镍层的厚度为1～10nm。
按上述方案，步骤3聚合物为酚醛树脂或甲基丙烯酸甲酯。
按上述方案，步骤4碳化温度为700～1300℃，碳化时间为1～6h；氮气氛围。
本发明的电极材料中，碳层包覆在纳米铜线表面，具有良好导电能力的纳米铜线均匀分布于碳材料中，导电能力强；在纳米铜线和碳层之间有一层镍，部分镍与铜在高温下形成合金，具有非常良好的化学稳定性；镍和碳之间具有很强的亲和力，电极的制备不需要粘接剂，能很好地解决目前碳材料电极存在的导电能力差、结构不稳定等问题。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点和有益效果：
1)本发明制得的碳包铜线为阵列结构，均匀分布于碳材料中，有利于提高电极材料的导电能力。
2)镍与铜在高温下形成具有良好化学稳定性的镍铜合金；
3)镍与碳材料之间亲和力好，在高温碳化时连接，不需要粘结剂。
附图说明
图1：本发明碳包铜复合电极材料截面图；
图2：本发明碳包铜复合电极材料侧面图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
本发明碳包铜复合电极材料的制备过程如下：
1)把洁净的铜空气氛围下300～600℃高温氧化2～6h，得到CuO/Cu复合材料；所述CuO/Cu复合材料具有发射状结构的纳米氧化铜线阵列；
2)采用化学镀的方法在步骤1所得材料的表面镀上一层厚度为1～10nm的镍；
3)将步骤2所得材料浸渍在酚醛树脂或甲基丙烯酸甲酯的有机溶液中，使其表面覆盖一层聚合物；
4)将步骤3所得材料氮气氛围下700～1300℃高温处理1～6h，使有机聚合物碳化，获得纳米碳包铜线阵列。
如图1和图2所示，本发明的电极材料中，碳层包覆在纳米铜线表面，具有良好导电能力的纳米铜线均匀分布于碳材料中，导电能力强；在纳米铜线和碳层之间有一层镍，部分镍与铜在高温下形成合金，具有非常良好的化学稳定性；镍和碳之间具有很强的亲和力，电极的制备不需要粘接剂，能很好地解决目前碳材料电极存在的导电能力差、结构不稳定等问题。
实施例1
将洁净的铜线在大气氛围中氧化5h，氧化温度为450℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化5h，碳化温度为800℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为35Wh/kg。功率密度为4500W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
实施例2
将洁净的铜线在大气氛围中氧化6h，氧化温度为300℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化6h，碳化温度为700℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为34Wh/kg。功率密度为4200W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为85％。
实施例3
将洁净的铜线在大气氛围中氧化2h，氧化温度为600℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化1h，碳化温度为1300℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为36Wh/kg。功率密度为4100W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
实施例4
将洁净的铜线在大气氛围中氧化5h，氧化温度为450℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化3h，碳化温度为900℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为30Wh/kg。功率密度为4000W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
实施例5
将洁净的铜片在大气氛围中氧化4h，氧化温度为450℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为20秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化3h，碳化温度为800℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为35Wh/kg。功率密度为4400W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
实施例6
将洁净的铜线在大气氛围中氧化5h，氧化温度为450℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化3h，碳化温度为700℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为33Wh/kg。功率密度为4400W/kg,循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
实施例7
将洁净的铜片在大气氛围中氧化6h，氧化温度为300℃，高温氧化结束后让其自然冷却至室温，即可得到纳米氧化铜线阵列。
将上述材料放入市售的化学镀液中进行化学镀镍，时间为15秒。
将酚醛树脂分散于丙酮中，然后将上述镀镍后的铜线浸渍于其中取出，使铜线上均匀负载一层酚醛树脂，再碳化5h，碳化温度为800℃，冷却至室温取出。
将通过上述过程制得的碳包铜复合电极材料进行电化学测试。以1M NaSO4溶液为电解质，以碳包铜复合电极材料为工作电极，采用恒电流充放电法测试其电容特性。本实施例制得的纳米氧化铜的超级电容器性能良好，电极材料的能量密度为35Wh/kg。功率密度为4200W/kg，循环5000次后，比容量仍然保持为90％。
Claims (2)
1.一种碳包铜复合电极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)把洁净的铜线或铜片高温氧化，得到CuO/Cu复合材料；所述CuO/Cu复合材料具有发射状结构的纳米氧化铜线阵列；其中，高温氧化温度为300～600℃，时间为2～6h；空气氛围；
2)采用化学镀的方法在步骤1所得材料的表面镀上一层1～10nm的镍；
3)采用浸渍的方法，在步骤2所得材料表面覆盖一层有机聚合物；
4)将步骤3所得材料高温处理，使有机聚合物碳化，获得纳米碳包铜线阵列；其中，碳化温度为700～1300℃，碳化时间为1～6h；氮气氛围。
2.如权利要求1所述碳包铜复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤3聚合物为酚醛树脂或甲基丙烯酸甲酯。
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Non-Patent Citations (1)
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