CN111739740A - 多孔碳基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种多孔碳基复合材料及其制备方法。该方法基于高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥的过程，制备多孔碳基复合材料，进行速率可控的导电聚合物生长及碳材料复合，在高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥处理中，机械柔软的碳材料用作缓冲基底，可释放共轭聚合物中的应力，即使掺入的共轭聚合物破裂，碎片仍可锚定在基底上而不崩解，经测试该复合材料比电容最高达到1039F/cm3，循环1000次仍保持96.5％的比电容，明显优于现有的碳材料/聚合物复合材料的循环性能。该多孔碳基复合赝电容材料适用于高稳定性、长循环的电容使用场合。

Description

多孔碳基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是指一种多孔碳基复合材料及其制备方法。
背景技术
循环稳定性是衡量超级电容器电极性能的一个关键指标，它是量化在一定工作时间和充放电循环次数后保留多少电容的度量。如果使用寿命有限，那么具有卓越电容和倍率能力的材料几乎没有实用性。随着科学技术的不断发展和人口的不断增加，能源枯竭和环境污染问题日趋严重，因此开发环境友好型、高能效的能源存储装置以及能源转化逐渐吸引人们的注意。在众多的能源存储设备中，超级电容(电化学电池)是一种能量密度和功率密度高、循环寿命好、充放电迅速的高性能储能元件，在航空航天、能源、电动车辆等领域有着广泛的应用前景。根据超级电容的形成机理可以分为两类：双电层电容和法拉第赝电容。双电层电容指在电极与电解液接触表面，电解液和电极表面由于外加电压聚集等量异种电荷，形成双电层；法拉第赝电容是指在电极表面或体相中的二维空间上，电极活性物质发生高度可逆的氧化还原反应实现电荷存储和释放的一种储能元件。超级电容电极由集流体和表面活性物质组成，因此材料的比表面积和电极的导电性极大的影响了电极性能。
不理想的循环稳定性经常掩盖了赝电容材料固有的大电容。这些缺陷是由于赝电容材料结构完整性、电子性能和电化学行为相关的复杂因素所导致的。由于结构的不稳定性，通过结合、***和嵌入客体物质存储电荷的方式通常会失败。与电池材料相似，客体物质的吸收和释放分别伴随着主体材料的膨胀和收缩。这种反复的体积变形会产生内部渗透应力，从而使活性物质破裂、粉碎和脱离。共轭聚合物是遭受结构崩塌的典型赝电容材料。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种改进的多孔碳基复合材料的制备方法。
本发明提供的技术方案为：一种多孔碳基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备多孔碳水凝胶；
2)预聚合混合：将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中，加入含氧化聚合剂的掺杂剂溶液进行单体预聚合1-15分钟，得到预聚体/多孔碳复合半成品；
3)高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥：将所述预聚体/多孔碳复合半成品在10分钟内转移到有机溶剂中，加入加工助剂，并进料给喷雾干燥机进行喷雾干燥，进料时伴随20KHz-50KHz的超声处理10-120分钟，使之一边喷雾一边聚合反应，当聚合反应完成，导电聚合物尺寸逐步增大后沉积在多孔碳的表面及孔隙，得到所述多孔碳基复合材料。
进一步的，所述多孔碳水凝胶通过多孔碳材料分散在去离子水中，经水热反应制备膨化态；所述多孔碳材料包括还原氧化石墨烯片、氧化石墨烯、石墨箔、刻蚀的碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的一种。
进一步的，所述将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中的步骤为将导电聚合物的单体和硅基负极材料分散到所述多孔碳水凝胶中，所述硅基负极材料包括硅单质或/和氧化亚硅，所述硅单质或所述氧化亚硅的粒径为5nm-50μm。
进一步的，所述导电聚合物的单体包括吡咯或/和噻吩；所述氧化聚合剂包括过硫酸铵或/和氯化铁；所述掺杂剂溶液包括对甲苯磺酸钠或/和盐酸。
进一步的，所述导电聚合物的单体与所述氧化聚合剂的摩尔比为4:1。
进一步的，步骤3)中所述加工助剂包括羧甲基纤维素钠混合物、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、海藻酸钠或聚乙烯醇；所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、正丁醇以及环己烷中的至少一种。
进一步的，步骤3)中所述喷雾干燥机的进口温度控制为160℃，出口温度控制为80℃，进料速率设定为100-1000mL/h。
进一步的，所述喷雾干燥机的进料管道安装有超声波发射器，声波调控范围为20KHz-50KHz，工作时间10-120分钟。
进一步的，所述多孔碳基复合材料的中值粒径为10-100微米。
本发明还提供采用上述方法制得的多孔碳基复合材料。
不理想的循环稳定性经常掩盖了赝电容材料固有的大电容。本发明内容紧紧抓住该痛点，开展了大量的工作和实验。与现有技术相比，本发明基于高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥的过程，制备多孔碳基复合材料，进行速率可控的导电聚合物生长及碳材料复合在高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥处理中，机械柔软的碳材料用作缓冲基底，可释放共轭聚合物中的应力，即使掺入的共轭聚合物破裂，碎片仍可锚定在基底上而不崩解，经测试复合材料比电容最高达到1039F/cm3，循环1000次仍保持96.5％的比电容，明显优于现有的碳材料/聚合物复合材料的循环性能。该多孔碳基复合赝电容材料适用于高稳定性、长循环的电容使用场合。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一实施方式中多孔碳基复合材料的制备流程图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明实施例。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。
本发明中“羧甲基纤维素钠混合物”指两种以上分子量的羧甲基纤维素钠的组合物，或者由羧甲基纤维素钠和其他物质的组合物，比如微晶纤维素和羧甲基纤维素钠等等。
在不饱和的化合物中，有三个或三个以上互相平行的P轨道形成大π键，这种体系称为共轭化合物。共轭化合物由一种或几种结构单元通过共价键连接起来的形成分子量很高的化合物即为本文中“共轭聚合物”。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
请参阅图1，本发明提供一种多孔碳基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)制备多孔碳水凝胶。
具体的，通过多孔碳材料分散在去离子水中，经水热反应制备膨化态；所述多孔碳材料包括还原氧化石墨烯片、氧化石墨烯、石墨箔、刻蚀的碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的一种。
2)预聚合混合：将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中，加入含氧化聚合剂的掺杂剂溶液进行单体预聚合1-15分钟，得到预聚体/多孔碳复合半成品。
具体的，本步骤中所述将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中的步骤可以为将导电聚合物的单体和硅基负极材料分散到所述多孔碳水凝胶中，所述硅基负极材料包括硅单质或/和氧化亚硅，所述硅单质或所述氧化亚硅的粒径为5nm-50μm。所述导电聚合物的单体包括吡咯或/和噻吩；所述氧化聚合剂包括过硫酸铵或/和氯化铁；所述掺杂剂溶液包括对甲苯磺酸钠或/和盐酸。所述导电聚合物的单体与所述氧化聚合剂的摩尔比为4:1。
3)高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥：将所述预聚体/多孔碳复合半成品在10分钟内转移到有机溶剂中，加入加工助剂，并进料给喷雾干燥机进行喷雾干燥，进料时伴随20KHz-50KHz的超声处理10-120分钟，使之一边喷雾一边聚合反应，当聚合反应完成，导电聚合物尺寸逐步增大后沉积在多孔碳的表面及孔隙，得到所述多孔碳基复合材料。
具体的，所述加工助剂包括羧甲基纤维素钠混合物、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、海藻酸钠或聚乙烯醇；所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、正丁醇以及环己烷中的至少一种。所述喷雾干燥机的进口温度控制为160℃，出口温度控制为80℃，进料速率设定为100-1000mL/h。采用蠕动泵进料给所述喷雾干燥机。所述喷雾干燥机的进料管道安装有超声波发射器，声波调控范围为20KHz-50KHz，工作时间10-120分钟。所述多孔碳基复合材料的中值粒径为10-100微米；其中进料管道足够长。进口温度和出口温度可以根据实际生产进行调整，比如，进口温度设定为140℃、120℃等，出口温度设定为100℃等等，其他参数也可以根据这些参数微调。
基于高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥的过程，制备多孔碳基复合材料，进行速率可控的导电聚合物生长及碳材料复合。通过上述中的高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥处理，机械柔软的碳材料用作缓冲基底，可释放共轭聚合物中的应力。即使掺入的共轭聚合物破裂，碎片仍可锚定在基底上而不崩解，经测试该赝电容材料比电容最高达到1039F/cm3，循环1000次仍保持96.5％的比电容，明显优于现有的碳材料/聚合物复合材料的循环性能。该多孔碳基复合赝电容材料适用于高稳定性、长循环的电容使用场合。
为进一步说明本发明的技术方案，以下通过氧化石墨粉末为原料，控制聚合反应总时长为150min制备目标产品对本发明具体进行说明。
实施例1
步骤1)：称取0.12kg的氧化石墨粉末,10kg去离子水倒入超声细胞粉碎机，超声频率25KHz，超声分散4小时，取出氧化石墨烯分散液。称取分散液10L，置于水热反应釜中，170℃恒温8h，得到三维自组装石墨烯水凝胶。
步骤2)：将石墨烯水凝胶浸泡在1mol/L的盐酸溶液中，在上述盐酸溶液中加入60mL的苯胺单体浸泡12h：将36g过硫酸铵溶解于2000mL的盐酸溶液中，将吸附有苯胺单体的石墨烯水凝胶转移到溶有过硫酸铵的盐酸溶液中，预聚合反应1分钟：将反应后水凝胶取出；
步骤3)将步骤2)的半成品立刻转移到乙醇中，乙醇与半成品的质量比为50:1，加入占半成品总质量的5％聚乙烯醇并溶解，搅拌均匀后，经过蠕动泵进料，进料速率为100mL/h，在该喷雾干燥机的进料管道超过10米并安装有超声波发射器，声波调控范围50KHz，超声时间120分钟，使之在一边高频扰动、喷雾干燥的过程中一边聚合反应，总反应时间150分钟，当预聚体聚合尺寸逐步增大后，沉积在多孔碳基的表面及孔隙，得到所述多孔碳基复合材料。
实施例2
相比于实施例1，实施例2预聚合时间8分钟，其他条件保持不变。
实施例3
相比于实施例1，实施例3预聚合时间15分钟，其他条件保持不变。
实施例4
相比于实施例1，实施例4预聚合时间15分钟，超声频率20KHz其他条件保持不变。
实施例5
相比于实施例1，实施例5预聚合时间15分钟，超声频率35KHz其他条件保持不变。
实施例6
相比于实施例1，实施例6预聚合时间15分钟，超声时间10分钟，其他条件保持不变。
实施例7
相比于实施例1，实施例7预聚合时间15分钟，超声时间65分钟，其他条件保持不变。
实施例8
相比于实施例1，实施例8预聚合时间15分钟，进料速率500mL/h，其他条件保持不变。
实施例9
相比于实施例1，实施例9预聚合时间15分钟，进料速率1000mL/h，其他条件保持不变。
实施例10
相比于实施例1，实施例10在喷雾干燥前在半成品分散液中加入质量分数1％的硅基复合材料混合均匀，其他条件保持不变。
表1：实施例1-10相关实验参数数据表。
Figure BDA0002560832390000091
对比例1
步骤1)：称取0.12kg的氧化石墨粉末,10kg去离子水倒入超声细胞粉碎机，超声频率25KHz，超声分散4小时，取出氧化石墨烯分散液。称取分散液10L，置于水热反应釜中，170℃恒温8h，得到三维自组装石墨烯水凝胶。
步骤2)：将石墨烯水凝胶浸泡在1mol/L的盐酸溶液中，在上述盐酸溶液中加入60mL的苯胺单体浸泡12h：将36g过硫酸铵溶解于2000mL的盐酸溶液中，将吸附有苯胺单体的石墨烯水凝胶转移到溶有过硫酸铵的盐酸溶液中，控制总反应时间150分钟；将反应后水凝胶取出，80℃烘烤干燥，然后粉碎使复合材料的中值粒径30微米。作为对比组。对比例不进行高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥的处理。
采用以下方法测试电化学循环性能：取实施例1-9制备的样品和对比例1提供的活性材料，按如下配比，将活性物质、导电炭黑Super P和粘结剂PTFE(5wt.％)按照质量比为90：5：5比例在乙醇中超声30min。使用不锈钢网作为集流体。将混合均匀的浆料通过涂覆的方式做成圆形的电极极片，用压片机在10Mpa的压力下将极片压到集流体上。超级电容器极壳型号为CR2032，按照负极壳，弹簧片，垫片，电极，隔膜，电极，正极壳的顺序组装超级电容器，电解液采用1mol/L的稀硫酸，滴加一定量电解液后，用封口机在55Mpa压力下封口即可得到电极对称的超级电容器。
表二：实施例1-10的样品和对比例1提供的材料制备的赝电容电性能测试结果。
体积比电容F/cm<sup>3</sup> 比电容保持率/％
实施例1 1012 93.3％@1000次
实施例2 1023 95.2％@1000次
实施例3 1039 96.5％@1000次
实施例4 960 90.5％@1000次
实施例5 1005 96％@1000次
实施例6 743 81％@1000次
实施例7 824 86.1％@1000次
实施例8 962 90.8％@1000次
实施例9 912 91％@1000次
实施例10 1035 96.3％@1000次
对比例1 505 45.2％@1000次
综合表二的测试结果，本发明提供的超级电容器用多孔碳基复合材料，比电容最高达到1039F/cm3，循环1000次仍保持96.5％的比电容，明显优于对比例的碳材料/聚合物复合材料的循环性能。从表二的测试结果可以看出，预聚时间越长(实施例1-3)，超声频率越高(实施例3-5)，超声时长越长(实施例6-8)，产品的循环性能越好。实施例3、8、9的测试结果显示进料速率越大，体积比电容变差，比电容保持率有变差的趋势。实施例1和实施例10的测试结果显示，硅基负极材料的加入可明显改善循环性能，在实际应用中，因硅基负极材料的价格昂贵，其添加量优选占多孔碳材料质量的0.1-1％。在其他实施例中，同样的原料配比下，当预聚时间、超声频率、超声时长进料速率中的一者超出设定范围时，其循环性能会变差。当采用不同的原料配比，相应的参数可能会产生变化，但运用了高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥的发明构思则不应排除在本申请的保护范围之外。循环性能出现断崖式下降或恶化，通说是因为掺入的共轭聚合物的破裂；本申请基于此，对导电聚合物生长及与碳材料复合的过程进行控制，释放共轭聚合物中的应力，即是共轭聚合物破裂，由于导电聚合物沉积在多孔碳的表面及孔隙，形成的碎片仍然可锚定在碳材料上而不崩解，保证了循环性能的稳定性。
在其他实施例中，工艺参数和采用的试剂不限定为上述实施例中，在此不再赘述。比如，聚合反应总时长一般为2-3h可以基本完成，当步骤3中超声及喷雾干燥已完成，聚合反应没有完全的情况下，可以静置使之完全聚合，在确保相关参数一定的情况下，分析高频扰动和喷雾干燥对产品性能的影响。
综上，本发明通过高频扰动控制预聚体聚合生长尺寸并沉积在多孔材料中，机械柔软的碳材料用作缓冲基底，可释放共轭聚合物中的应力。即使掺入的共轭聚合物破裂，碎片仍可锚定在基底上而不崩解。在解决碳材料与导电聚合物复合材料之间的超长循环过程材料体积膨胀、结构易破坏中有明显的优势，是一个新发现。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制备多孔碳水凝胶；
2)预聚合混合：将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中，加入含氧化聚合剂的掺杂剂溶液进行单体预聚合1-15分钟，得到预聚体/多孔碳复合半成品；
3)高频扰动控制预聚体聚合沉积并喷雾干燥：将所述预聚体/多孔碳复合半成品在10分钟内转移到有机溶剂中，加入加工助剂，并进料给喷雾干燥机进行喷雾干燥，进料时伴随20KHz-50KHz的超声处理10-120分钟，使之一边喷雾一边聚合反应，当聚合反应完成，导电聚合物尺寸逐步增大后沉积在多孔碳的表面及孔隙，得到所述多孔碳基复合材料。
2.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述多孔碳水凝胶通过多孔碳材料分散在去离子水中，经水热反应制备膨化态；所述多孔碳材料包括还原氧化石墨烯片、氧化石墨烯、石墨箔、刻蚀的碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶中的一种。
3.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述将导电聚合物的单体分散到所述多孔碳水凝胶中的步骤为将导电聚合物的单体和硅基负极材料分散到所述多孔碳水凝胶中，所述硅基负极材料包括硅单质或/和氧化亚硅，所述硅单质或所述氧化亚硅的粒径为5nm-50μm。
4.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述导电聚合物的单体包括吡咯或/和噻吩；所述氧化聚合剂包括过硫酸铵或/和氯化铁；所述掺杂剂溶液包括对甲苯磺酸钠或/和盐酸。
5.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述导电聚合物的单体与所述氧化聚合剂的摩尔比为4:1。
6.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述加工助剂包括羧甲基纤维素钠混合物、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、海藻酸钠或聚乙烯醇；所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、正丁醇以及环己烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中所述喷雾干燥机的进口温度控制为160℃，出口温度控制为80℃，进料速率设定为100-1000mL/h。
8.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述喷雾干燥机的进料管道安装有超声波发射器，声波调控范围为20KHz-50KHz，工作时间10-120分钟。
9.根据权利要求1所述的多孔碳基复合材料的制备方法，其特征在于：所述多孔碳基复合材料的中值粒径为10-100微米。
10.一种多孔碳基复合材料，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的制备方法成型得到。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1585159A (zh) * 2003-07-30 2005-02-23 Tdk株式会社 电极用复合颗粒及其制造方法、电极及其制造方法以及电化学元件及其制造方法
CN101582303A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 一种新型结构的透明导电薄膜及其制备方法
CN106024420A (zh) * 2016-05-03 2016-10-12 常州工程职业技术学院 一种含石墨烯的储能聚合物电极片的制备方法
KR101753129B1 (ko) * 2017-01-04 2017-07-04 한국지질자원연구원 구겨진 형상의 그래핀 복합체를 포함하는 슈퍼커패시터 전극의 제조방법, 이에 따라 제조되는 전극 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터
CN108689412A (zh) * 2017-04-12 2018-10-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种气凝胶微粉及其制备方法
CN110073458A (zh) * 2016-12-12 2019-07-30 韩国地质资源研究院 褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的复合体及包含复合体的超级电容器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1585159A (zh) * 2003-07-30 2005-02-23 Tdk株式会社 电极用复合颗粒及其制造方法、电极及其制造方法以及电化学元件及其制造方法
CN101582303A (zh) * 2009-03-24 2009-11-18 新奥光伏能源有限公司 一种新型结构的透明导电薄膜及其制备方法
CN106024420A (zh) * 2016-05-03 2016-10-12 常州工程职业技术学院 一种含石墨烯的储能聚合物电极片的制备方法
CN110073458A (zh) * 2016-12-12 2019-07-30 韩国地质资源研究院 褶皱状石墨烯复合体的制备方法、由此制备的复合体及包含复合体的超级电容器
KR101753129B1 (ko) * 2017-01-04 2017-07-04 한국지질자원연구원 구겨진 형상의 그래핀 복합체를 포함하는 슈퍼커패시터 전극의 제조방법, 이에 따라 제조되는 전극 및 이를 포함하는 슈퍼커패시터
CN108689412A (zh) * 2017-04-12 2018-10-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种气凝胶微粉及其制备方法

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