[发明专利]一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着清洁能源的开发和利用，能源的储备显的尤为重要，开发一种新型的能源储存设备迫在眉睫。超级电容器是一种新型的能量储存/转化装置，其能量密度高、充放电时间短、循环寿命长和无污染等优点广泛应用于便携式电子产品，混合动力电动汽车和大型工业设备等。电极材料是决定超级电容器电化学性能的最关键因素。然而，单一电极材料的电化学性能的片面性已经不能满足需求，通过一定手段复合得到的超级电容器电极材料其电化学性能优良，导电性好，稳定性高，有着广阔的应用前景和商业用途。微米硅具有很高的比电容量，在循环过程中会造成活性物质的脱落使容量很快衰减，循环性能很差，而氮化碳做为惰性成分起到了稳定结构的作用，抑制电极剥落而引起的容量衰减，在充电过程中，又起到阻止硅微粒团聚的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料及其制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成：微米硅3-5、氮化碳3-4、镍锰酸锂2-3、金硫醇盐1-2、三氟化铁2-3、羧甲基纤维素1-3、硅烷偶联剂KH-7921-2、秸秆1000-1200、氯化锌8-12、柠檬酸4-7、改性乙炔黑3-5、蒸馏水100-150；

所述改性乙炔黑是由下列重量份的原料制成：硫酸钡3-5、乙炔黑40-60、木质素1-2、二硫化钼4-5、四氯化硅5-7、聚乙烯醇2-3、蒸馏水10-20；制备方法是：将硫酸钡、木质素、二硫化钼加到四氯化硅的溶液中，超声分散1-2小时，再将所得的物质抽滤后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成悬浊液，再将悬浊液涂覆在经臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700°C的条件下烧结3-5小时，自然冷却至室温后研磨成200-400目粉末即可。

本发明所述一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆粉碎成细小颗粒状，清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，再将氯化锌和柠檬酸加到蒸馏水中，搅拌均匀后加入秸秆浸泡4-8小时，干燥除水后加到炭化炉中，先在250-350°C下低温碳化1-2小时，升高温度至450-550°C，继续炭化1-2小时后备用；

（2）将羧甲基纤维素、硅烷偶联剂KH-792加到蒸馏水中，加热至60-70°C搅拌均匀，再加入微米硅、氮化碳、镍锰酸锂、金硫醇盐、三氟化铁和步骤（1）的物料，搅拌反应1-2小时，反应结束后加到微波干燥机中于130-150°C下干燥3-5小时；

（3）将步骤（2）的产物和改性乙炔黑混合，在氮气的气氛下球磨2-3小时，再加到煅烧炉中继续在氮气的保护下于700-750°C煅烧3-4小时，冷却，粉碎即可得到。

本发明的优点是：本发明添加的改性乙炔黑具有增强了导电性能和改善高倍率充放电性能等优点，添加的微米硅具有很高的比电容量，在循环过程中容量衰减快，循环性能差，而氮化碳具有稳定结构的作用，抑制容量衰减，提高电极的充放电循环性能。

        具体实施方案          

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

 一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：微米硅4、氮化碳3、镍锰酸锂2、金硫醇盐1、三氟化铁3、羧甲基纤维素2、硅烷偶联剂KH-7921、秸秆1200、氯化锌9、柠檬酸6、改性乙炔黑5、蒸馏水140；

所述改性乙炔黑是由下列重量份（公斤）的原料制成：硫酸钡4、乙炔黑55、木质素1、二硫化钼4、四氯化硅7、聚乙烯醇2、蒸馏水17；制备方法是：将硫酸钡、木质素、二硫化钼加到四氯化硅的溶液中，超声分散1-2小时，再将所得的物质抽滤后烘干，加到聚乙烯醇的水溶液中形成悬浊液，再将悬浊液涂覆在经臭氧活化后的乙炔黑中，在600-700°C的条件下烧结3-5小时，自然冷却至室温后研磨成200-400目粉末即可。

本发明所述一种掺杂硅秸秆基炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆粉碎成细小颗粒状，清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，再将氯化锌和柠檬酸加到蒸馏水中，搅拌均匀后加入秸秆浸泡4-8小时，干燥除水后加到炭化炉中，先在250-350°C下低温碳化1-2小时，升高温度至450-550°C，继续炭化1-2小时后备用；