[发明专利]一种比容量高、低漏电流的碳纳米纤维氮化型导电高分子复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料及化学电源技术领域，尤其涉及一种比容量高、低漏电流的碳纳米纤维氮化型导电高分子复合材料的制备方法。 

背景技术

当今,随着对生态环境与经济效益的重视,人们致力于从太阳能和风能中获取低成本且洁净的能源,这将从根本上满足日益增长的能源需求。然而,只有把这些可再生能源转化成电能并储存起来,才能随时随地使用它们,显然这将无法满足人们的日常需求。而超级电容器为人们提供了一种极具前景且能快速储存电能的方法。此外,超级电容器在其它众多领域的应用也非常广泛,如:可移动电子设备、混合动力汽车以及备用电源系统。超级电容器作为一种新型能源装置,它同时具有传统介质电容器和电池的优点,而且还可以在极短的时间内传输或存储大量的能量。 

超级电容器的上述这些性能特点与其电极材料的物理和化学性质是紧密相关的。因此,急需研发具有卓越性能的电极材料。早在1990年,人们就开始使用大表面积的碳材料制备大功率的电化学电容器。以后,许多碳材料,如:活性炭、炭黑、洋葱型碳、碳纳米管以及石墨稀等,被广泛用作电极材料以提高超级电容器的电容值。尽管大多数多孔材料的电容值较高,但是由于孔的增多、导电通道的不连续或者含氧官能团的影响,其导电性并不理想,这些很大程度上限制了其功率密 度。因此,急需制备具有大的表面积、能量密度以及良好导电性(提高功率密度)的碳材料。同时,也要考虑超级电容器的另外一个重要的评价参数——循环寿命。为了进一步提高电容器的能量密度和功率密度,人们幵始使用具有腹电容性质的电极材料,其中一种类型是引入杂原子到碳材料中。经过研究发现，掺杂一定量的氮对提高材料的电容值、表面润湿性以及导电性有很大的作用，在大多数情况下,人们通过后处理(如氨气,氛中高热反应)将氮引入到碳框架中合成掺氮的碳材料,然而这样制备的材料中氮含量较低，这种方法的缺点是所引入的氮物种往往局限于石墨烯的边缘，很难形成稳定掺杂的氮物种，同时高温处理很容易造成石墨烯的不可逆堆叠。如专利号CN201210483587.7的发明专利“一种氮掺杂石墨烯复合材料及其制备方法“；包括步骤：制备氧化石墨烯悬浮液；制备含氧化石墨烯的凝聚状溶液；将浓度为1～100g/L的氮源溶液加入到所述凝聚状溶液中，充分搅拌1～5h，制备氮掺杂的氧化石墨烯溶液，制备氮掺杂石墨烯复合材料；如专利号为CN201310683949.1的发明专利”一种氮掺杂介孔石墨烯微球的制备与应用“，其方法为先制备介孔石墨烯微球a，介孔石墨烯微球a与尿素a混合或对介孔石墨烯微球a进行氨气a吹扫，然后在700～1200℃下密闭反应0.5～4h，介孔石墨烯微球a与尿素a的质量比为1：5～50，氨气a通入量与介孔石墨烯微球a质量比为1～20：1。如专利号为CN201210484414.7的发明专利”一种氮掺杂石墨烯复合材料、其制备方法、电极片以及超级电容器”，包括步骤：1)将氧化石墨加入到水中超声分散处理，得到浓度为1～20mg/ml的氧化石墨烯悬浮液，2)将浓度为1～500g/L的KOH溶液加入到所述氧化石墨烯悬浮液中，搅拌，得到凝聚状溶液，3)将浓度为1～100g/L的尿素、碳酸铵、碳酸氢铵或草酸铵溶液加入到所述凝聚状溶液中，充分搅拌1～5h，得到氮掺杂氧化石墨烯前躯体溶液，4)将上述得到氮掺杂氧化石墨烯前躯体溶液过滤，并将滤物进行干燥处理，再将干燥后的滤物放入马弗炉中并 于惰性氛围下进行高温煅烧，冷却后、水洗、过滤、干燥，得到所述氮掺杂石墨烯复合材料。