CN102130326A - 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法 - Google Patents

一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102130326A
CN102130326A CN2011100368734A CN201110036873A CN102130326A CN 102130326 A CN102130326 A CN 102130326A CN 2011100368734 A CN2011100368734 A CN 2011100368734A CN 201110036873 A CN201110036873 A CN 201110036873A CN 102130326 A CN102130326 A CN 102130326A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon powder
preparation
functional group
carbon
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011100368734A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102130326B (zh
Inventor
周向阳
杨娟
刘宏专
伍上元
娄世菊
邹幽兰
唐晶晶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HUNAN CHENYU FUJI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN2011100368734A priority Critical patent/CN102130326B/zh
Publication of CN102130326A publication Critical patent/CN102130326A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102130326B publication Critical patent/CN102130326B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Abstract

一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法。所述电极包括集流体、基体膜、表面浸渍涂层，所述基体膜涂覆在所述集流体上；在所述基体膜的外表面，依次浸渍有含羰基(C＝O)官能团炭素粉末及含胺(-NH2)官能团炭素粉末的表面浸渍涂层。其制备方法包括炭素粉末的选择与官能团化、含炭素粉末料浆的配制以及料浆的分层涂覆等步骤。本发明所制备的炭素层状独特层状结构，可以储存更多的电容容量，可以保证大倍率下的高容量，循环寿命长；可作高功率超级电容器的电极，也可用作大倍率锂离子电池的电极；本发明制备工艺简单，原料来源广泛，制备成本低，适于工业化实际应用中。

Description

一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法
技术领域
本发明公开了一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法，特别涉及大倍率下依然有高容量的超级电容器和锂离子电池用的高容量官能团化炭素层状电极及制备方法。属于电化学技术领域。
背景技术
锂离子电池和超级电容器是目前的两大主要储能器件，它们各有特点。超级电容器虽具有功率密度高、循环寿命长的优点，但能量密度相对较低；而锂离子电池具有能量密度高、自放电小的特点，但倍率性能不理想，功率密度较低。因此，目前的锂离子电池或超级电容器都很难同时满足航空航天、国防军工、电动车辆、电子信息和仪器仪表等领域急需的可兼具高能量密度、高功率密度和长寿命等性能的要求。
为了使锂离子电池具有高的功率性能，人们做了大量研究，其中最有效果的措施是采用纳米化的电极材料，这主要是基于纳米化材料可以缩短锂离子的传输路径，但研究表明纳米化电极材料所制备锂离子电池器件的功率密度依然低于现有的超级电容器。另一方面，人们也研究了如何提高超级电容器能量密度的方法，比如利用具有赝电容特性的纳米过渡金属氧化物，但这些材料存在循环性能不稳定或者造价高等缺陷。因此，为锂离子电池与超级电容器器件研发兼具高能量密度与高功率密度的电极材料迫在眉切。
发明内容
本发明的目的是为在于克服现有技术之不足而提供一种制备工艺简单，原料来源广泛，制备成本低，储能性能好，大倍率下容量高的高容量官能团化炭素层状电极及制备方法。为锂离子电池与超级电容器提供兼具高能量密度与高功率密度的电极材料。
本发明一种高容量官能团化炭素层状电极，包括集流体、基体膜、表面浸渍涂层，所述基体膜涂覆在所述集流体上；在所述基体膜的外表面，依次浸渍有含羰基(C＝O)官能团炭素粉末及含胺(-NH2)官能团炭素粉末的表面浸渍涂层；所述集流体、基体膜、表面浸渍涂层总的厚度为150-200um。
本发明一种高容量官能团化炭素层状电极中，所述集流体的材质为铜箔或者铝箔，其厚度为10-20um；所述基体膜层由含胺(-NH2)官能团炭粉与乙炔黑、聚偏氟乙烯按重量比为8∶1∶1的比例混合构成，其厚度为90-120um；所述含羰基(C＝O)官能团炭素粉末由炭素原料经氧化后得到；所述含胺(-NH2)官能团炭素粉末由炭素原料经氧化后再进行氯化后得到；所述炭素粉末选自碳纳米管、中孔碳纤维、有序介孔碳CMK系列或SUN系列、三维层次孔结构的碳微粉、石墨以及石墨烯中的至少一种，所述炭素粉末的粒度为15-25um。
本发明一种高容量官能团化炭素层状电极的制备方法，包括以下步骤：
第一步，表面含官能团的炭素粉末制备
1.1炭素粉末表面羰基(C＝O)官能团的制备
取碳纳米管、中孔碳纤维、有序介孔碳CMK系列或SUN系列、三维层次孔结构的碳微粉、石墨以及石墨烯中至少一种炭素粉末原料在空气中加热至350-550℃，氧化30-120分钟，得到表面含羰基(C＝O)官能团的炭素粉末；或
将所述炭素粉末原料置于氧化性溶液中氧化30-180min，控制温度为50-80℃，氧化后的粉末用去离子水漂洗干净后，在80-120℃下在真空干燥12小时以上，得到表面富含羰基(C＝O)的炭素粉末；所述氧化性溶液选自浓硝酸、浓硝酸/浓硫酸混合酸、过硫酸铵溶液或高锰酸钾溶液中的一种；
1.2炭素粉末表面胺(-NH2)官能团的制备
按1.1中的方法制备表面富含羰基(C＝O)的炭素粉末，将其置于氯气气氛中加热至600-1200℃，保温30min-2h，进行氯化；或
将其置于氯化亚砜溶液中，在50-90℃浸渍12-24h后过滤，将滤渣在100-120℃烘干12-24h，进行氯化；
然后将氯化后的含羰基(C＝O)的炭素粉末置于乙二胺溶液中，在50-80℃搅拌反应12-24h后，将过滤粉末依次用乙醇与去离子水漂洗；最后把所得粉末置于真空干燥箱中，在50-80℃真空干燥24小时以上，得到表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末；
第二步，料浆的配制。
取第一步1.1、1.2中制备的表面富含羰基的炭素粉末及表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末，在超声波作用下，分别分散到溶剂中形成浆料，浆料中含羰基的炭素粉末及含胺(-NH2)官能团的炭素粉末含量分别为3-30g/l，将含羰基的炭素粉末的浆料命名为A液，将含胺(-NH2)官能团的炭素粉末的浆料命名为B液；所述溶剂选自去离子水、乙醇或丙酮中的一种；所述超声波强度为100-1000kHz，超声时间为30-120min；
第三步，基体膜的制备
取第一步1.2制备的含胺(-NH2)官能团的炭素粉末与乙炔黑、聚偏氟乙烯按重量比为8∶1∶1的比例混合，加NMP溶剂，研磨调成浆状，然后均匀涂覆在集流体上，涂层厚度为90-120um，于50-80℃、真空干燥12h以上，得到基体膜；
第四步，层状电极的成型
将第三步制备的基体膜在第二步制备的A液中浸渍30-60min后，取出用热风烘干；随后，在第二步制备的B液中浸渍30-60min后，取出用热风烘干；将基体膜重复在A液、B液中浸渍、烘干，直到由集流体、基体膜与表面浸渍涂层构成的膜片总厚度达到150-200um；最后，将所得膜片在真空下于60-100℃干燥12h以上，即得到一种高容量官能团化炭素层状电极。
本发明由于采用上述结构及制备方法，制备的电极材料具有两层以上的层状结构，相邻浸渍层之间的炭素粉末的结构和成分可以相同、也可以不同；构成每一层的炭素原料可以选择碳纳米管、中孔碳纤维、有序介孔碳CMK系列或SUN系列、三维层次孔结构的碳微粉、人造石墨、天然石墨以及石墨烯中的至少一种。本发明所提供层状电极的每一层涂层的表面均富含含氧官能团或含氮官能团，含氧官能团特别指含羰基(C＝O)官能团，含氮官能团特别指含胺(-NH2)的官能团。
本发明具有以下优点：
1、所制备材料表面具有含氧官能团和含氮官能团结构，这些官能团的氧化还原反应会产生赝电容，该赝电容的比容量远远大于由层次孔所形成的双电层电容的比容量，因而具有优秀的储能性能，从而可以达到高能量密度的要求；
2、所制备材料的独特层状结构，可以储存更多的电容容量，可以保证大倍率下的高容量；
3、本发明所采用的材料为常规锂离子电池的炭素负极材料，因而能够发挥锂离子电池高容量的特点；
4、本发明材料的制备工艺简单，原料来源广泛，因而制备成本低，容易运用到工业化实际应用中。
附图说明
附图1本发明实施例1人造石墨氧化前后的红外测试结果。
附图2轻度氧化所引起炭索表面官能团的变化示意图。
附图1中，1号曲线为实施例1中人造石墨氧化前红外测试结果，2号曲线为实施例1中人造石墨氧化后红外测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不受此限制。
实施例1
第一步，表面富含官能团的炭素粉末制备
(1)采用气相氧化法制备表面富含羰基炭素粉末的制备。
将商品锂离子电池用人造石墨CMS，平均粒度为15-25um置于管式炉中，在480℃通空气的情况下氧化30min得到轻度氧化的CMS粉末，测试发现其烧失率为5.2％，氧化前后粉末的红外光谱见图1，显然，氧化处理后石墨表面的羰基基团大为增加；将商品碳纳米管(纯度95％，长度1-5um，外径10-20nm)置于管式炉中，在450℃通空气的情况下氧化30min得到轻度氧化的碳纳米管粉末，测试发现其烧失率为4.3％。轻度氧化所引起炭素表面官能团的变化见图2。
(2)表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末制备。
把(1)中得到的表面中度氧化处理后的炭素粉末置于氯化亚砜溶液里，维持溶液温度在70℃，并不断搅拌，搅拌时间12h后，将过滤后粉末烘干12h；然后将烘干所得粉末置于乙二胺溶液中，在75℃，搅拌反应24h后，将过滤粉末依次用乙醇与去离子水漂洗至少3次；最后把所得粉末置于真空干燥箱中，在60℃烘干24h，即得到表面富含胺(-NH2)官能团的CMS与碳纳米管粉末。
第二步，料浆的配制。
将第一步(1)中所制备表面富含羰基的碳纳米管粉末，在超声波作用下分散到丙酮溶剂中，溶液中的固含为15g/l，此所制备的溶液命名为A液；将(2)所制备的表面富含胺(-NH2)官能团的碳纳米管粉末，在超声波作用下分散到丙酮溶剂中，溶液中的固含为15g/l。此所制备的溶液命名为B液。
A液与B液制备用超声波强度为800kHz，超声处理时间为30min
第三步，基体膜的制备
采用目前工业上制备锂离子电池碳负极极片同样的工艺来制备基体膜。把第一步所制备表面富含胺(-NH2)官能团的人造石墨粉(CMS)、乙炔黑(导电剂)与聚偏氟乙烯(粘结剂)按重量比为8∶1∶1的比例混合在一起，加适量NMP溶剂，研磨混合调成浆状，然后均匀涂在厚度15um的铝箔集流体上，基体膜厚度为120um，在80℃、真空干燥12h以上即可得到基体膜。
第四步，层状电极的成型。
将第三步所制备基体膜浸在第二步制备的A液中60min，后通过热风烘干膜片；随后，把膜片置于第二步制备的B液中60min，后通过热风烘干膜片；不断按顺序重复在A液与B液浸渍的操作，直到由集流体、基体膜与表面浸渍涂层构成的膜片总厚度达到150um；最后将所得膜片置于真空干燥箱中，在80℃干燥24h，即得到本发明所述炭素层状电极。
第五步，性能检测
(1)材料的电容性能检测
将两片上述电极片装配成模拟电容器来测试材料的电容性能，以市售1M Et4NBF4/AN溶液为电解液。将模拟电容器在室温下用Land电池测试***在0-1.5-2.5-3.5-4.5V的电压区间进行恒流充放电实验及大电流充放电性能测试。恒流充放电电流为0.5A/g，大电流性能测试的电流密度变化范围取0.5-5A/g。
电容性能检测结果：当本实施例样品充放电密度从0.5A/g提高10倍到5A/g时，容量几乎没有衰减，维持在180-185F/cm3，这个容量比文献(Simon P，Burke A.Electrochem.Soc.INTERF.2008，17，38-43)所报道碳纳米材料的50F/cm3以及文献(Fischer A.E，etal.J.Electrochem.Soc.2008，155，A246-A252)所报道纳米MnO2的150F/cm3都高。结果表明，其大倍率下的电容性能良好，而且，电位窗口可提高到3.5V以上。
(2)材料的电池性能检测。
将所得电极片与金属锂片组成半电池测试材料的电化学嵌/脱锂性能，电解液为市售1MLiPF6/EC+DMC溶液。利用Land电池测试***对上述半电池在室温下进行恒流充放电性能测试，充放电电压范围为0-4.5V。
电池性能检测结果：该材料在高功率下具有200Wh/kg的能量，且该材料在2000次循环后容量几乎没有衰减。测试结果显示，本实施例材料具有优秀的电池循环性能，尤其是具有大倍率下的循环特性。
实施例2
第一步，表面富含官能团的炭素粉末制备
(1)采用液相氧化法制备表面富含羰基炭素粉末的制备。
分别将商品锂离子电池用人造石墨CMS，平均粒度为15-25um、商品碳纳米管与中孔碳纤维置于70℃的浓硝酸中搅拌2h，然后经过多次使用去离子水漂洗，并在120℃下在真空干燥箱中烘干24小时，从而得到表面富含羰基(C＝O)的炭素粉末。
(2)表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末制备。
制备步骤同实施例1第一步中的(2).
第二步，料浆的配制。
将第一步(1)中所制备表面富含羰基的碳纳米管粉末，在超声波作用下分散到乙醇溶剂中，溶液中的固含为20g/l，此所制备的溶液命名为A液；将(2)所制备的表面富含胺(-NH2)官能团的中孔碳纤维粉末，在超声波作用下分散到乙醇溶剂中，溶液中的固含为15g/l。此所制备的溶液命名为B液。
A液与B液制备用超声波强度为800kHz，超声处理时间为30min
第三步，基体膜的制备
采用目前工业上制备锂离子电池碳负极极片同样的工艺来制备基体膜。把第一步所制备表面富含胺(-NH2)官能团的人造石墨粉(CMS)、乙炔黑(导电剂)与聚偏氟乙烯(粘结剂)按重量比为8∶1∶1的比例混合在一起，加适量NMP溶剂，研磨混合调成浆状，然后均匀涂在厚度15um的铝箔集流体上，基体膜厚度为110um，在50-80℃、真空干燥12h以上即可得到基体膜。
第四步，层状电极的成型。
将第三步所制备基体膜浸在第二步制备的A液中60min，后通过热风烘干膜片；随后，把膜片置于第二步制备的B液中60min，后通过热风烘干膜片；不断按顺序重复在A液与B液浸渍的操作，直到由集流体、基体膜与表面浸渍涂层构成的膜片总厚度达到150um；最后将所得膜片置于真空干燥箱中，在80℃干燥24h，即得到本发明所述炭素层状电极。
第五步，性能检测
(1)材料的电容性能检测
材料的电容性能检测工艺同实施例1.
电容性能检测结果：当本实施例样品充放电密度从0.5A/g提高10倍到5A/g时，容量几乎没有衰减，维持在170-175F/cm3，这个容量比文献(Simon P，Burke A.Electrochem.Soc.INTERF.2008，17，38-43)所报道碳纳米材料的50F/cm3以及文献(Fischer A.E，etal.J.Electrochem.Soc.2008，155，A246-A252)所报道纳米MnO2的150F/cm3都高。结果表明，其大倍率下的电容性能良好，而且，电位窗口可提高到3.5V以上。
(2)材料的电池性能检测。
检测工艺同实施例1.
电池性能检测结果：该材料在高功率下具有200Wh/kg的能量，且该材料在2000次循环后容量几乎没有衰减。测试结果显示，本实施例材料具有优秀的电池循环性能，尤其是具有大倍率下的循环特性。
实施例3
第一步，表面富含官能团的炭素粉末制备
(1)表面富含羰基炭素粉末的制备。
将锂离子电池用市售改性天然石墨负极粉末，平均粒度为15-25um，置于管式炉中，在400℃通空气的情况下氧化60min得到轻度氧化的天然石墨粉，测试发现其烧失率为8.4％；分别将商品石墨烯、商品碳纳米管与三维层次孔结构碳微粉置于70℃的浓硝酸中搅拌2h，然后经过多次使用去离子水漂洗，并在100℃下在真空干燥箱中烘干24小时。从而得到表面富含羰基(C＝O)的天然石墨粉、石墨烯、商品碳纳米管与三维层次孔结构碳微粉。
(2)表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末制备。
把(1)中得到的表面中度氧化处理后的天然石墨粉末置于氯化亚砜溶液里进行氯化，维持溶液温度在60℃，并不断搅拌，搅拌时间24h后，将过滤后粉末烘干12h；然后将氯化后所得天然石墨粉末置于乙二胺溶液中，在70℃，搅拌反应24h后，将过滤粉末依次用乙醇与去离子水漂洗至少3次；最后把所得粉末置于真空干燥箱中，在60℃烘干24h，即得到表面富含胺(-NH2)官能团的天然石墨粉末。
把(1)中得到的表面富含羰基(C＝O)的石墨烯、商品碳纳米管与三维层次孔结构碳微粉在氯气气氛中氯化，氯化温度为800℃，氯化时间为30min；然后将氯化后的这三种粉末置于乙二胺溶液中，在60℃，搅拌反应24h后，将过滤粉末依次用乙醇与去离子水漂洗至少3次；最后把所得粉末置于真空干燥箱中，在70℃烘干24h，即得到表面富含胺(-NH2)官能团的石墨烯、商品碳纳米管与三维层次孔结构碳微粉。
第二步，料浆的配制。
将第一步(1)中所制备表面富含羰基的石墨烯、碳纳米管粉末以及三维层次孔结构碳微粉，在超声波作用下分别分散到丙酮溶剂中，溶液中的固含为25g/l，从而得到具有三种不同碳粉物质的A液；将(2)所制备的表面富含胺(-NH2)官能团的石墨烯、碳纳米管粉末以及三维层次孔结构碳微粉，在超声波作用下分散到丙酮溶剂中，溶液中的固含为20g/l，从而得到具有三种不同碳粉物质的B液。
A液与B液制备用超声波强度为800kHz，超声处理时间为30min
第三步，基体膜的制备
采用目前工业上制备锂离子电池碳负极极片同样的工艺来制备基体膜。把第一步所制备表面富含胺(-NH2)官能团的天然石墨粉末、乙炔黑(导电剂)与聚偏氟乙烯(粘结剂)按重量比为8∶1∶1的比例混合在一起，加适量NMP溶剂，研磨混合调成浆状，然后均匀涂在厚度20um的铝箔集流体上，基体膜厚度为110um，在70℃、真空干燥24h以上即可得到基体膜。
第四步，层状电极的成型。
将第三步所制备基体膜浸在第二步制备的包含石墨烯的A液中60min后通过热风烘干膜片，随后，把膜片置于第二步制备包含石墨烯的B液中60min后通过热风烘干膜片；再把膜片置于第二步制备包含碳纳米管的A液中60min后通过热风烘干膜片，紧接着把膜片置于第二步制备包含碳纳米管的B液中60min后通过热风烘干膜片；最后，把膜片置于第二步制备包含三维层次孔结构碳微粉的A液中60min后通过热风烘干膜片，并把把膜片置于第二步制备包含三维层次孔结构碳微粉的B液中60min后通过热风烘干膜片；这样就完成了一个在A液与B液浸渍的循环。不断重复这个浸渍的循环，直到由集流体、基体膜与表面浸渍涂层构成的膜片总厚度达到150um；最后将所得膜片置于真空干燥箱中，在80℃干燥24h，即得到本发明所述炭素层状电极。
第五步，性能检测
(1)材料的电容性能检测
将两片上述电极片装配成模拟电容器来测试材料的电容性能，以市售1M Et4NBF4/AN溶液为电解液。将模拟电容器在室温下用Land电池测试***在0-1.5-2.5-3.5-4.5V的电压区间进行恒流充放电实验及大电流充放电性能测试。恒流充放电电流为0.5A/g，大电流性能测试的电流密度变化范围取0.5-5A/g。
电容性能检测结果：当本实施例样品充放电密度从0.5A/g提高10倍到5A/g时，容量几乎没有衰减，维持在185-190F/cm3，这个容量比文献(Simon P，Burke A.Electrochem.Soc.INTERF.2008，17，38-43)所报道碳纳米材料的50F/cm3以及文献(Fischer A.E，etal.J.Electrochem.Soc.2008，155，A246-A252)所报道纳米MnO2的150F/cm3都高。结果表明，其大倍率下的电容性能良好，而且，电位窗口可提高到3.5V以上。
(2)材料的电池性能检测。
将所得电极片与金属锂片组成半电池测试材料的电化学嵌/脱锂性能，电解液为市售1MLiPF6/EC+DMC溶液。利用Land电池测试***对上述半电池在室温下进行恒流充放电性能测试，充放电电压范围为0-4.5V。
电池性能检测结果：该材料在高功率下具有220Wh/kg的能量，且该材料在2000次循环后容量几乎没有衰减。测试结果显示，本实施例材料具有优秀的电池循环性能，尤其是具有大倍率下的循环特性。

Claims (4)

1.一种高容量官能团化炭素层状电极，包括集流体、基体膜、表面浸渍涂层，所述基体膜涂覆在所述集流体上；在所述基体膜的外表面，依次浸渍有含羰基(C＝O)官能团炭素粉末及含胺(-NH2)官能团炭素粉末的表面浸渍涂层；所述集流体、基体膜、表面浸渍涂层总的厚度为150-200um。
2.根据权利要求1所述的一种高容量官能团化炭素层状电极，其特征在于：所述集流体的材质为铜箔或者铝箔，其厚度为10-20um；所述基体膜层由含胺(-NH2)官能团炭粉与乙炔黑、聚偏氟乙烯按重量比为8∶1∶1的比例混合构成，其厚度为90-120um。
3.根据权利要求2所述的一种高容量官能团化炭素层状电极，其特征在于：所述含羰基(C＝O)官能团炭素粉末由炭素原料经氧化后得到；所述含胺(-NH2)官能团炭素粉末由炭素原料经氧化后再进行氯化后得到；所述炭素粉末选自碳纳米管、中孔碳纤维、有序介孔碳CMK系列或SUN系列、三维层次孔结构的碳微粉、石墨以及石墨烯中的至少一种，所述炭素粉末的粒度为15-25um。
4.制备如权利要求1-3任意一项所述一种高容量官能团化炭素层状电极的方法，包括以下步骤：
第一步，表面含官能团的炭素粉末制备
1.1炭素粉末表面羰基(C＝O)官能团的制备
取碳纳米管、中孔碳纤维、有序介孔碳CMK系列或SUN系列、三维层次孔结构的碳微粉、石墨以及石墨烯中至少一种炭素粉末原料在空气中加热至350-550℃，氧化30-120分钟，得到表面含羰基(C＝O)官能团的炭素粉末；或
将所述炭素粉末原料置于氧化性溶液中氧化30-180min，控制温度为50-80℃，氧化后的粉末用去离子水漂洗干净后，在80-120℃下在真空干燥12小时以上，得到表面富含羰基(C＝O)的炭素粉末；所述氧化性溶液选自浓硝酸、浓硝酸/浓硫酸混合酸、过硫酸铵溶液或高锰酸钾溶液中的一种；
1.2炭素粉末表面胺(-NH2)官能团的制备
按1.1中的方法制备表面富含羰基(C＝O)的炭素粉末，将其置于氯气气氛中加热至600-1200℃，保温30min-2h，进行氯化；或
将其置于氯化亚砜溶液中，在50-90℃浸渍12-24h后过滤，将滤渣在100-120℃烘干12-24h，进行氯化； 
然后将氯化后的含羰基(C＝O)的炭素粉末置于乙二胺溶液中，在50-80℃搅拌反应12-24h后，将过滤粉末依次用乙醇与去离子水漂洗；最后把所得粉末置于真空干燥箱中，在50-80℃真空干燥24小时以上，得到表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末；
第二步，料浆的配制。
取第一步1.1、12中制备的表面富含羰基的炭素粉末及表面富含胺(-NH2)官能团的炭素粉末，在超声波作用下，分别分散到溶剂中形成浆料，浆料中含羰基的炭素粉末及含胺(-NH2)官能团的炭素粉末含量分别为3-30g/l，将含羰基的炭素粉末的浆料命名为A液，将含胺(-NH2)官能团的炭素粉末的浆料命名为B液；所述溶剂选自去离子水、乙醇或丙酮中的一种；所述超声波强度为100-1000kHz，超声时间为30-120min；
第三步，基体膜的制备
取第一步1.2制备的含胺(-NH2)官能团的炭素粉末与乙炔黑、聚偏氟乙烯按重量比为8∶1∶1的比例混合，加NMP溶剂，研磨调成浆状，然后均匀涂覆在集流体上，涂层厚度为90-120um，于50-80℃、真空干燥12h以上，得到基体膜；
第四步，层状电极的成型
将第三步制备的基体膜在第二步制备的A液中浸渍30-60min后，取出用热风烘干；随后，在第二步制备的B液中浸渍30-60min后，取出用热风烘干；将基体膜重复在A液、B液中浸渍、烘干，直到由集流体、基体膜与表面浸渍涂层构成的膜片总厚度达到150-200um；最后，将所得膜片在真空下于60-100℃干燥12h以上，即得到一种高容量官能团化炭素层状电极。 
CN2011100368734A 2011-02-12 2011-02-12 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法 Active CN102130326B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100368734A CN102130326B (zh) 2011-02-12 2011-02-12 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100368734A CN102130326B (zh) 2011-02-12 2011-02-12 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102130326A true CN102130326A (zh) 2011-07-20
CN102130326B CN102130326B (zh) 2013-05-08

Family

ID=44268283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100368734A Active CN102130326B (zh) 2011-02-12 2011-02-12 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102130326B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103426635A (zh) * 2012-05-25 2013-12-04 海洋王照明科技股份有限公司 负极集流体的制备方法
CN103456509A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种碳纳米纤维电极片的制备方法
CN103456922A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种石墨烯电极片的制备方法
CN103531791A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 上饶市云龙实业有限公司 一种超级电容铅炭电池及制备方法
CN103833009A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯、其制备方法、电极片以及超级电容器
CN104701544A (zh) * 2015-03-24 2015-06-10 佛山市德方纳米科技有限公司 超容量纳米磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108172792A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 刘春丽 一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法
CN111986931A (zh) * 2020-07-24 2020-11-24 华南理工大学 一种锰氧化物纳米结构电极材料及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1881660A (zh) * 2005-06-17 2006-12-20 董家琼 一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片或负极片

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1881660A (zh) * 2005-06-17 2006-12-20 董家琼 一种二次锂离子电池用的具有综合性能的正极片或负极片

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘亚菲: "活性炭电极材料的表面改性和性能", 《物理化学学报》, vol. 24, no. 7, 31 July 2008 (2008-07-31) *
祝建中: "有序介孔炭合成、改性及其对汞离子的吸附性能", 《新型炭材料》, vol. 23, no. 3, 30 September 2008 (2008-09-30) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103426635A (zh) * 2012-05-25 2013-12-04 海洋王照明科技股份有限公司 负极集流体的制备方法
CN103456509A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种碳纳米纤维电极片的制备方法
CN103456922A (zh) * 2012-05-30 2013-12-18 海洋王照明科技股份有限公司 一种石墨烯电极片的制备方法
CN103833009A (zh) * 2012-11-23 2014-06-04 海洋王照明科技股份有限公司 石墨烯、其制备方法、电极片以及超级电容器
CN103531791A (zh) * 2013-10-29 2014-01-22 上饶市云龙实业有限公司 一种超级电容铅炭电池及制备方法
CN104701544A (zh) * 2015-03-24 2015-06-10 佛山市德方纳米科技有限公司 超容量纳米磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN104701544B (zh) * 2015-03-24 2018-01-12 佛山市德方纳米科技有限公司 超容量纳米磷酸铁锂正极材料及其制备方法和锂离子电池
CN108172792A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 刘春丽 一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法
CN111986931A (zh) * 2020-07-24 2020-11-24 华南理工大学 一种锰氧化物纳米结构电极材料及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN102130326B (zh) 2013-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102130326B (zh) 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法
Xiao et al. Freestanding mesoporous VN/CNT hybrid electrodes for flexible all‐solid‐state supercapacitors
Huang et al. Nickel hydroxide/activated carbon composite electrodes for electrochemical capacitors
CN1934665B (zh) 电极的制造方法、所得到的电极和包括该电极的超电容器
CN104701031A (zh) 一种锂离子电容器的制作方法及锂离子电容器
CN111689523B (zh) 金属铬掺杂δ-MnO2纳米片的制备方法
Wang et al. Design bifunctional nitrogen doped flexible carbon sphere electrode for dye-sensitized solar cell and supercapacitor
CN102516764A (zh) 一种聚苯胺纳米线/分级多孔碳复合材料及其制备方法和应用
CN110790277A (zh) 一种HHK-CC@MXenes复合柔性电极材料的制备方法及其应用
Rahman et al. Exploring the functional properties of sodium phytate doped polyaniline nanofibers modified FTO electrodes for high-performance binder free symmetric supercapacitors
Xu et al. Structural engineering for high energy and voltage output supercapacitors
Krishnan et al. A stable aqueous ammonium ion hybrid supercapacitor based on pre-intercalated MnOx electrodes and ammonium sulphate electrolyte
CN105047418B (zh) 一种钛酸锂基锂离子电容器
CN103086350B (zh) 介质碳电极材料及其制备方法
CN103280339A (zh) 一种用于超级电容器的氧化铈电极的制备方法
Yang et al. Electrochemical performances of electric double layer capacitor with UV-cured gel polymer electrolyte based on poly [(ethylene glycol) diacrylate]–poly (vinylidene fluoride) blend
JP2010003940A (ja) 電極材用活性炭および蓄電装置
CN113223862A (zh) 一种活化海绵电容材料及其制备方法和应用
Awad Almofleh et al. The development of novel cost‐effective bio‐electrolyte with glycerol host for carbon‐based flexible supercapacitor applications
Wang et al. Electrochemical performance of Fe x Mn 1− x-based metal–organic frameworks as electrode materials for supercapacitors
CN105957731B (zh) 一种全固态非对称电容器及其制备方法
KR101860755B1 (ko) 전기적 안정성이 우수한 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터
Zhong et al. Scalable Fabrication of Flexible Solid‐State Asymmetric Supercapacitors with a Wide Operation Voltage utilizing Printable Carbon Film Electrodes
CN111029163B (zh) 球状氧化钴/碳/氧化锰/碳复合物及其制备方法和应用
CN108630450A (zh) 一种用于超级电容器的负极片和超级电容器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191023

Address after: No. 335, SHETANG Road, quantang street, Changsha County, Changsha City, Hunan Province

Patentee after: Hunan qianyun New Material Co., Ltd

Address before: Yuelu District City, Hunan province 410083 Changsha Lushan Road No. 932

Patentee before: Central South University

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200123

Address after: No. 705, building 19, gaojiaping, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province

Patentee after: Zhou Haochen

Address before: No. 335, SHETANG Road, quantang street, Changsha County, Changsha City, Hunan Province

Patentee before: Hunan qianyun New Material Co., Ltd

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200326

Address after: 415137 Agricultural Reclamation Avenue of West Dongting Biotechnology Park, Changde National High-tech Industrial Development Zone, Hunan Province

Patentee after: HUNAN CHENYU FUJI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: No. 705, building 19, gaojiaping, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province

Patentee before: Zhou Haochen