CN113130213B - 一种超级电容器用复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容器用复合材料及其制备方法，所述复合材料为活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，以复合材料重量为基准，活性炭含量为50‑90%，金属氧化物含量为1‑45%，PPy为余量。所述制备方法包括如下内容：（1）制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；（2）将活性炭/金属氧化物复合材料前驱体在氮气或惰性气体存在下进行热处理得到活性炭/金属氧化物复合材料；（3）制备活性炭/金属氧化物@PPy复合材料。所述复合材料结合了双电层电容电极材料和赝电容电极材料的优点，具有单一电极材料所不具备的优异性能。以该复合材料作为超级电容器电极材料，可以提高超级电容器的比电容并改善其循环稳定性。
Description
技术领域
本发明属于新能源复合材料领域，涉及一种超级电容器用电极材料及其制备方法。
背景技术
随着世界经济的迅猛发展，人们对能源需求量的不断增加，开发可持续能源引起了人们的重视。因此，发展比电容高、倍率性能好、循环稳定性好、功率密度高、能量密度高的储能器件超级电容器至关重要。超级电容器（SCs）结合了锂离子电池能量密度高和传统电容器功率密度高的优势，具有功率密度高、倍率性能优异、充放电速度快、循环寿命长和环境友好等优点，引起了人们极大的研究兴趣。根据储能机理，可将超级电容器分为两类：一类是双电层电容（EDLC），电容来自于累积在电极和电解液界面上的电荷，该类电极材料通常需要具有大的比表面积和好的导电性能；另一类是赝电容或氧化还原超级电容器，利用快速且可逆的表面或近表面的氧化还原反应储存电荷。电极材料是超级电容器的重要组成部分，通常需要比表面积大、电子和离子传导率高、机械和化学稳定性好、成本低等特性。
双电层电容电极材料通常是碳材料，具有循环稳定性好，倍率性能好等优点，然而其比电容和能量密度低。赝电容电极材料通常是导电聚合物和金属氧化物，具有比电容高、能量密度较高、功率密度较高的优点，然而其倍率性能较差。CN10609840公开了一种电池电容器用的碳材料/锂基金属氧化物正极复合材料，大大提升了电极材料的导电性能并且带来部分电容储能的特性，显著改善了产品的倍率性能，在保持高能量的同时，满足大电流充放电应用的需要，然而复合材料的结构稳定性需要进一步提高。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器用活性炭/金属氧化物@PPy复合材料及其制备方法。所述复合材料结合了双电层电容电极材料和赝电容电极材料的优点，具有单一电极材料所不具备的优异性能。以该复合材料作为超级电容器电极材料，可以提高超级电容器的比电容并改善其循环稳定性。
本发明第一方面提供一种超级电容器用复合材料，所述复合材料为活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，以复合材料重量为基准，活性炭含量为50～90%，金属氧化物含量为1～45%，PPy为余量；复合材料中金属氧化物均匀分散在活性炭孔内和/或其表面，PPy包覆在活性炭/金属氧化物表面。
上述超级电容器用复合材料中，所述金属氧化物为第VIIB、VIII、IB、IIB族金属氧化物，进一步优选为第四周期金属氧化物；具体可为三氧化二锰、二氧化锰、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌中的一种或几种。所述金属氧化物颗粒的大小为1nm～1µm。
上述超级电容器用复合材料中，所述活性炭比表面积为500～3500m2/g；孔径分布中，小于2nm微孔占50%～90%；大于2nm且小于50nm介孔占10%～50%。进一步优选所述活性炭为石油焦基活性炭。
上述超级电容器用复合材料中，所述活性炭/金属氧化物@PPy复合材料的比表面积为50～3000m2/g；复合材料孔结构中同时包括微孔、介孔和大孔，其中微孔占30%～70%，介孔占10%～50%，其余为大孔。
本发明第二方面提供一种超级电容器用复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下内容：
（1）制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
（2）将步骤（1）得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体在氮气或惰性气体存在下进行热处理，处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料；
（3）将步骤（2）得到的活性炭/金属氧化物复合材料加入去离子水中搅拌并超声分散，然后加入乙醇、盐酸和吡咯溶液并继续混合，然后经分离、洗涤和干燥后得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（1）中所述的制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体可以采用如下方式中的任一种：
（1-1）将活性炭、金属氧化物前驱体与分散液在30～80℃下混合，混合均匀后经分离、干燥处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
（1-2）将活性炭与分散液混合，混合均匀后得到物料A；然后将金属氧化物前驱体与分散液混合，混合均匀后得到物料B，再将物料A和物料B在30～80℃下混合，混合均匀后经分离、干燥处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，所述的分散液为去离子水、乙醇、乙二醇中一种或几种，优选为乙醇。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，所述金属氧化物前驱体为第VIIB、VIII、IB、IIB族金属盐溶液，具体可以为硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌；氯化锰、氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜、氯化锌；醋酸锰、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、醋酸铜、醋酸锌；碱式碳酸锰、碱式碳酸铁、碱式碳酸钴、碱式碳酸镍、碱式碳酸铜、碱式碳酸锌；硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铜、硫酸锌中的一种或几种。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，所述混合采用本领域任何可以实现两种以上物质均匀混合的手段，如搅拌（包括电搅拌、机械搅拌）、超声分散中的一种或几种。当采用超声分散时，超声的具体条件为超声时间为40～120min。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，所述分离可以采用离心分离或抽滤分离。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，所述干燥条件为在80～120℃温度下干燥6～24h。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（2）中所述热处理温度为100～1000℃，优选400～600℃；处理时间为0.5～6h。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（3）中活性炭/金属氧化物复合材料和水的质量比为0.1～0.5：140，水：乙醇：盐酸：吡咯的体积比为140：10～30：10～30：2～6。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（3）中所述盐酸浓度为1-6M。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（3）中所述洗涤为用水和乙醇进行洗涤1～10次，优选洗涤3～5次。
上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤（3）中所述干燥为在80～120℃温度下干燥6～24h。
与现有技术相比，本发明提供的一种超级电容器用活性炭/金属氧化物@PPy复合材料及其制备方法具有如下优点：
1、本发明方法得到的活性炭/金属氧化物@PPy复合材料具有比表面积大，孔径可调，金属氧化物分散性好且含量可控，结构稳定性好等优点，且原料来源广泛、制备方法简单可控。
2、本发明制备的活性炭/金属氧化物@PPy复合材料结合了活性炭导电性高和金属氧化物比电容高的优点，包覆的PPy提高了复合材料的稳定性和导电性，将所述复合材料作为超级电容器电极材料可以提高比电容且可以改善循环稳定性。通过本发明的研究可以得到性能优异的超级电容器用复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术内容和效果，但不因此限制本发明。
本发明实施例和比较例中所用活性炭为自制石油焦基活性炭，所述活性炭比表面积为3122m2/g；孔径分布中，小于2nm微孔占89%；剩余为大于2nm且小于50nm介孔。
实施例1
步骤（1）：配0.001M的Ni(NO3)2溶液500mL，然后加入1g活性炭，超声分散10min，然后搅拌5h使其混合均匀，然后离心分离并在100℃温度下干燥12h，得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
步骤（2）：将步骤（1）得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体放入管式炉中，通入氮气30min以排除杂质气体，然后在流量为200mL/min的氮气流量下加热到600℃并保温2h，升温速率为10℃/min，获得活性炭/金属氧化物复合材料。
步骤（3）：将0.3g上述获得的活性炭/金属氧化物复合材料加入140mL去离子水中搅拌并超声分散10min使其均匀分散于去离子水中，再加入乙醇（30mL）、盐酸（30mL，6M）和吡咯溶液（6mL）继续超声并搅拌40min。然后，将产物分离并用去离子水和乙醇洗涤，在100℃条件下干燥12h，获得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，所得样品性质见表1。
实施例2
步骤（1）：配0.002M的碱式碳酸镍溶液500mL，然后加入1g活性炭，超声分散10min，然后搅拌5h使其混合均匀，然后离心分离并在100℃温度下干燥12h，得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
步骤（2）：将步骤（1）得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体放入管式炉中，通入氮气30min以排除杂质气体，然后在流量为200mL/min的氮气流量下加热到600℃并保温2h，升温速率为10℃/min，获得活性炭/金属氧化物复合材料。
步骤（3）：将0.3g上述获得的活性炭/金属氧化物复合材料加入140mL去离子水中搅拌并超声分散10min使其均匀分散于去离子水中，再加入乙醇（30mL）、盐酸（30mL，6M）和吡咯溶液（6mL）继续超声并搅拌40min。然后，将产物分离并用去离子水和乙醇洗涤，在100℃条件下干燥12h，获得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，所得样品性质见表1。
实施例3
步骤（1）：配0.003M的醋酸钴溶液500mL，然后加入1g活性炭，超声分散10min，然后搅拌5h使其混合均匀，然后离心分离并在100℃温度下干燥12h，得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
步骤（2）：将步骤（1）得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体放入管式炉中，通入氮气30min以排除杂质气体，然后在流量为200mL/min的氮气流量下加热到400℃并保温2h，升温速率为10℃/min，获得活性炭/金属氧化物复合材料。
步骤（3）：将0.3g上述获得的活性炭/金属氧化物复合材料加入140mL去离子水中搅拌并超声分散10min使其均匀分散于去离子水中，再加入乙醇（30mL）、盐酸（30mL，6M）和吡咯溶液（6mL）继续超声并搅拌40min。然后，将产物分离并用去离子水和乙醇洗涤，在100℃条件下干燥12h，获得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，所得样品性质见表1。
实施例4
步骤（1）：配0.004M的硫酸锰溶液500mL，然后1g活性炭超声分散于100mL去离子水中，将上述溶液和分散液混合，然后搅拌5h使其混合均匀，然后离心分离并在100℃温度下干燥12h，得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
步骤（2）：将步骤（1）得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体放入管式炉中，通入氮气30min以排除杂质气体，然后在流量为200mL/min的氮气流量下加热到900℃并保温2h，升温速率为10℃/min，获得活性炭/金属氧化物复合材料。
步骤（3）：将0.3g上述获得的活性炭/金属氧化物复合材料加入140mL去离子水中搅拌并超声分散10min使其均匀分散于去离子水中，再加入乙醇（30mL）、盐酸（30mL，6M）和吡咯溶液（6mL）继续超声并搅拌40min。然后，将产物分离并用去离子水和乙醇洗涤，在100℃条件下干燥12h，获得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，所得样品性质见表1。
比较例1
将0.3g自制石油焦基活性炭加入140mL去离子水中搅拌并超声分散10min使其均匀分散于去离子水中，再加入乙醇（30mL）、盐酸（30mL，6M）和吡咯溶液（6mL）继续超声并搅拌40min。然后，将产物分离并用去离子水和乙醇洗涤，在100℃条件下干燥12h，获得活性炭@PPy复合材料，所得样品性质见表1。
性能评价：
将制备的复合材料应用于超级电容器中，采用三电极法进行测试。以复合材料作为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极，2M KOH水溶液为电解液，石墨棒作为对电极。工作电极的制备过程如下，将复合材料、导电炭黑和5wt%的PTFE水溶液以8:1:1的比例进行混合，然后研磨成浆料涂到清洗过的泡沫镍上，然后放在烘箱中烘干24 h。最后，用电化学工作站测试比电容和循环稳定性。
表1 样品性质
Claims (14)
1.一种超级电容器用复合材料，所述复合材料为活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，以复合材料重量为基准，活性炭含量为50-90％，金属氧化物含量为1-40％，PPy含量为30％；复合材料中金属氧化物均匀分散在活性炭孔内和/或其表面，PPy包覆在活性炭/金属氧化物表面；
所述金属氧化物为三氧化二锰、二氧化锰、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌中的一种或几种；
所述活性炭比表面积为500～3500m2/g；孔径分布中，小于2nm微孔占50％～90％；大于2nm且小于50nm介孔占10％～50％；
所述活性炭/金属氧化物@PPy复合材料的比表面积为50～3000m2/g；
所述复合材料孔结构中包括微孔、介孔和大孔，其中微孔占38.2～65.1％，介孔占24.4～40.7％，大孔占10.5～21.1％。
2.按照权利要求1所述的超级电容器用复合材料，其特征在于：所述金属氧化物的颗粒大小为1nm～1μm。
3.权利要求1或2所述的超级电容器用复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下内容：
(1)制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
(2)将步骤(1)得到的活性炭/金属氧化物复合材料前驱体在氮气或惰性气体存在下进行热处理，处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料；
(3)将步骤(2)得到的活性炭/金属氧化物复合材料加入去离子水中搅拌并超声分散，然后加入乙醇、盐酸和吡咯溶液并继续混合，然后经分离、洗涤和干燥后得活性炭/金属氧化物@PPy复合材料。
4.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：上述超级电容器用复合材料的制备方法中，步骤(1)中所述的制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体采用如下方式中的任一种：
(1-1)将活性炭、金属氧化物前驱体与分散液在30～80℃下混合，混合均匀后经分离、干燥处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；
(1-2)将活性炭与分散液混合，混合均匀后得到物料A；然后将金属氧化物前驱体与分散液混合，混合均匀后得到物料B，再将物料A和物料B在30～80℃下混合，混合均匀后经分离、干燥处理后得到活性炭/金属氧化物复合材料前驱体。
5.按照权利要求4所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：所述的分散液为去离子水、乙醇、乙二醇中一种或几种。
6.按照权利要求4所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：所述的分散液为乙醇。
7.按照权利要求4所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：所述金属氧化物前驱体为硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌；氯化锰、氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜、氯化锌；醋酸锰、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、醋酸铜、醋酸锌；碱式碳酸锰、碱式碳酸铁、碱式碳酸钴、碱式碳酸镍、碱式碳酸铜、碱式碳酸锌；硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸镍、硫酸铜、硫酸锌中的一种或几种。
8.按照权利要求4所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥条件为在80～120℃温度下干燥6～24h。
9.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述热处理温度为100～1000℃。
10.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述热处理温度为400～600℃。
11.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中活性炭/金属氧化物复合材料和水的质量比为0.1～0.5：140；所述水：乙醇：盐酸：吡咯的体积比为140：10～30：10～30：2～6。
12.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述盐酸浓度为1-6M。
13.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述洗涤为用水和乙醇进行洗涤。
14.按照权利要求3所述超级电容器用复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述干燥为在80～120℃温度下干燥6～24h。
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN102585496A (zh) * | 2011-01-11 | 2012-07-18 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种超级电容器用碳基三元复合电极材料及其制备方法 |
| CN103117175A (zh) * | 2013-02-25 | 2013-05-22 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种多元复合纳米材料、其制备方法及其用途 |
| CN106449145A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-02-22 | 铜陵市启动电子制造有限责任公司 | 一种添加钴酸锰泡沫镍复合材料的超级电容器电极材料 |
| CN108010745A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-05-08 | 武汉大学 | 一种基于Ag/PPy/MnO2复合纳米材料的可拉伸非对称超级电容器及其制备方法 |
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