一种碳复合电极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN104538632A(43)申请公布日2015.04.22(21)申请号201510000462.8(22)申请日2015.01.04(71)申请人湖南工业大学地址412007湖南省株洲市天元区泰山西路88号湖南工业大学产学研处(72)发明人陈晗茹皓辉周伟张优良向楷雄(51)Int.Cl.H01M4/587(2010.01)H01G11/38(2013.01)H01G11/44(2013.01)权利要求书1页说明书4页(54)发明名称一种碳复合电极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开一种以豆渣为碳源的碳及其复合材料和其制备方法，并将碳及其复合材料用于锂离子电池和超级电容器电极材料。制备方法如下：所述的碳材料来源于生活中常见的固体废弃物，具体是以豆渣作为碳源。将豆渣浸渍在稀硝酸溶液中，并经高频超声清洗后放入管式炉，在惰性气体保护下进行碳化处理，得到的豆渣碳研磨成粉末后与其他碳材料在粘结剂的作用下球磨充分混合得到锂离子电池和超级电容器电极材料。本发明的碳及其复合材料制成的锂离子电池和超级电容器电极材料比常规碳材料具有更优良的性能，而且制备方法简单易行、成本低、绿色环保，具有良好的应用前景。CN104538632ACN104538632A权利要求书1/1页1.一种碳及复合材料作为电极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将豆渣浸渍在稀硝酸溶液中，并经高频超声清洗；（2）将清洗后的豆渣放入管式炉，在惰性气体保护下进行碳化处理；（3）得到的碳材料研磨成粉末后与其他碳材料在粘结剂的作用下球磨充分混合得到碳复合材料。2.根据权利要求1所述，其特征在于：电极材料为锂离子电池负极材料和超级电容器的电极材料。3.根据权利要求1所述，其特征在于：豆渣选自黄豆、青豆、绿豆、红豆、黑豆、青豆、蚕豆和豌豆中的一种或多种。4.根据权利要求1所述，其特征在于：豆渣用稀硝酸浸渍，并在40～100KHz高频下超声清洗0.5～20小时。5.根据权利要求1所述，其特征在于：碳化处理的温度为400-1500oC,时间为1-20小时。6.根据权利要求1所述，其特征在于：碳化处理后的碳粉末在于其他碳材料球磨混合之前先单独球磨1～20小时，然后再加入其他碳材料再球磨0.5～10小时，最后再加入粘结剂球磨0.5～5小时。7.根据权利要求1所述，其特征在于：其他碳材料是石墨烯、碳纳米管、富勒烯、碳纤维、石墨、碳黑、乙炔黑中的一种或多种，其用量是豆渣质量的1～20%。8.根据权利要求1所述，其特征在于：添加的粘结剂为蔗糖溶液、葡萄糖溶液、聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或多种，其用量是豆渣质量的0.1～20%。9.根据权利要求1所述，其特征在于：添加的其他碳材料先溶于蒸馏水与酒精的1～50毫升混合溶液中，蒸馏水与酒精的比例为1:1～1:20，并添加表面活性剂使其分散均匀，然后超声0.5～24小时。10.根据权利要求7所述，其特征在于：表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵和十二烷基本磺酸钠中的一种或多种。2CN104538632A说明书1/4页一种碳复合电极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及电极材料制造工艺技术领域，具体是涉及锂离子电池和超级电容器电极材料的制备方法。背景技术[0002]随着温室效应导致海平面的持续上升，全社会对环境的关注度越来越高。与此同时，经济的发展对能源的需求越来越大，而传统的石油、煤炭、天然气等化石能源一方面属于不可再生资源，另一方面，它们的使用带来严重的环境问题，导致人们迫切地需要开发可再生能源，以满足经济、社会与环境的可持续发展。[0003]锂离子电池由于具有比能量大、工作电压高、安全性高、环境污染小等优点，在各种便携式电子设备、电动汽车和新能源存储等领域有着广泛的应用前景。一般来说，负极材料作为锂离子电池储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱出，是提高锂离子电池总比容量、循环性、充放电等相关性能的关键。目前商业化的负极材料主要是以石墨为主的传统碳材料，而石墨理论的比容量只有372mAh/g，这大大限制了锂离子电池总比能量的进一步提高。因此，发展新型具有高比容量的负极材料十分迫切。超级电容器是一种新型的储能装置，因其比功率高、循环性能好，不仅可用作计算机等后备电源和各种小型电子仪器的功率电源，还可以和锂离子电池组合作为电动汽车的动力电源系统。因此超级电容器也是新型化学电源研究中的热点之一。目前，商业化的超级电容器的碳材料主要采用活性炭作为电极材料。活性炭具有高比表面积，较高的导电率和良好的电化学稳定性。然而，以活性炭为电极材料的双层超级电容器能量密度偏低，只有5Wh/kg左右。而电极材料又决定超级电容器性能优劣的至关重要的因素，因