一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法.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(10)申请公布号CNCN103594680103594680A(43)申请公布日2014.02.19(21)申请号201310578359.2(22)申请日2013.11.18(71)申请人东华大学地址201620上海市松江区松江新城人民北路2999号(72)发明人张清华李英芝董杰杜禹璇赵昕(74)专利代理机构上海泰能知识产权代理事务所31233代理人黄志达(51)Int.Cl.H01M4/139(2010.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法(57)摘要本发明涉及一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法，包括：（1）氮气保护下，将两种二胺单体加入到溶剂中，室温搅拌，待二胺单体全部溶解后，加入等摩尔的四酸二酐单体，在室温下搅拌3～5h；然后加入异喹啉催化剂，升温至100～130℃保持3～5h，再进一步升温至180～200℃，保持10～15h，得到聚酰亚胺溶液；（2）将上述聚酰亚胺溶液稀释后通过高压电静电纺丝方法得到聚酰亚胺的无纺布；（3）将聚酰亚胺无纺布置于高温炉中碳化，通惰性气体保护，即可。本发明的碳膜作为储能器件的电极材料具有高功率、高密度的电化学特性。CN103594680ACN10359468ACN103594680A权利要求书1/1页1.一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法，包括：（1）氮气保护下，将两种二胺单体加入到N-甲基吡咯烷酮中，室温搅拌，待二胺单体全部溶解后，加入相等摩尔量的四酸二酐单体，在室温下搅拌3～5h；然后加入异喹啉催化剂，升温至100～130℃保持3～5h，再进一步升温至180～200℃，保持10～15h，得到聚酰亚胺溶液；所得聚酰亚胺溶液固含量为7～15%；（2）将上述聚酰亚胺溶液稀释至固含量为4～8%，通过高压电静电纺丝方法得到聚酰亚胺的无纺布，电压控制在在13～20kV；（3）聚酰亚胺无纺布置于高温烘箱中热处理；（4）将上述热处理后的聚酰亚胺无纺布置于高温炉中碳化，通惰性气体保护，施加0.1-50MPa的预张力，以3～10℃/min升温速率分段升温，在300℃以下用氮气或氩气保护，在300～500℃区域内用通氧气预氧化，在500～2000℃通氮气或氩气保护、碳化，得到氮掺杂碳膜高容量电极。2.根据权利要求1所述的一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的二胺单体选自2,2'-二甲基-4,4'二氨基联苯、2,2'-二三氟甲基-4,4'二氨基联苯、2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑。3.根据权利要求1所述的一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的两种二胺单体的用量比为9:1～3:7。4.根据权利要求1所述的一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的四酸二酐单体为3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐或3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐。2CN103594680A说明书1/3页一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法技术领域[0001]本发明属于氮掺杂碳材料领域，特别涉及一种电活性自支撑氮掺杂碳膜高容量电极的制备方法。背景技术[0002]随着石化能源的枯竭及环境问题的突显，发展新能源成为人们的共识。锂离子电池与超级电容器作为新型储能器件得到人们广泛关注。但在满足电动汽车及新型电子移动产品的需要上，锂离子电池存在充放电速度慢，比功率小的问题。超级电容器具有高的比功率，但比能量只有锂离子电池的十分之一左右。为解决储能器件比功率、比能量的问题，需要发展新型电极材料。[0003]氮掺杂碳材料比纯碳材料具有更好的浸润性。在电极初次充放电过程中，电解液离子会在电极与电解液的界面上反应，形成覆盖在电极表面的钝化薄层，即固体电解质相界面膜(solidelectrolyteinterphase，SEI)。SEI膜对电解液离子的穿透性及电极材料的稳定性有重大影响。氮掺杂有助于改善电极材料表面的物化性能。自支撑碳膜作为电极材料，不涉及繁琐的电极制备工艺，不会改变电极活性材料的精细结构；不需要粘结剂，不会降低活性材料的导电性；不需要额外的集流体，减少电极总质量，增加电极的能量密度。利用静电纺制备碳膜前驱体，可以有效控制碳膜的孔隙结构，有利于提高材料导电性，缩短电解液离子在电极中的扩散路径，提高电极材料的功率密度。201210345451.X公布了一种含氮有机物在碳材料表面改性，然后在惰性气体保护下碳化制备含氮掺杂碳材料的方法。这种方法制备的氮在碳材料中存在形式多样，最多的是以氨基形式存在。发明内容[0004]本发明所要解决