[发明专利]一种碳基超级电容器电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明具体涉及一种碳基超级电容器电极材料的制备方法及其应用，所述方法包括如下步骤：S1、将自然碳材料、聚环氧烷基类嵌段共聚物和二氧化硅加入有机溶剂中混合均匀；S2、将步骤S1中的混合溶液倒入模具中去除其中的有机溶剂；S3、将步骤S2中所得材料放入高温炉中在惰性气体氛围中加热碳化，冷却后取出放入碱性溶液中，得到电极材料，该材料可应用于超级电容器电极。本发明工艺条件简单，成本低，可控性高，稳定性优异，适用于超级电容器电极的大规模工业化生产与实际应用。

技术领域

本发明涉及一种材料的制备方法及其应用，具体涉及一种碳基超级电容器电极材料的制备方法及其应用，属于超级电容器领域。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧，能量存储和转化问题引起工业界和科研界广泛关注。超级电容器由于具有功率密度大、使用寿命长、充电时间短等优点，成为现今能量存储领域的研究热点。根据储能机理的不同，超级电容器主要分为以界面双电层为基础的双层电容器以及以法拉第准电容为基础的赝电容电容器。传统超级电容器多是基于多孔碳材料的双层电容器，这类材料原料丰富、循环稳定性优异，通常由活性炭、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等原料进行预处理后，经过高温炉碳化和活化，然后使用粘结剂将碳材料粘结在一起形成电极。CN101870466A公开了一种石墨烯电极材料及其制备方法，在该专利中，将球磨法制得的石墨烯纳米片与有机粘结剂混合并滚压成电极片。CN1419256A公开了一种市售活性炭经固/液异相反应化学改性，与粘结剂混合形成浆料涂覆金属箔片或金属网制备超级电容器片状电极。CN104916458B公开了一种超级电容器电极的制备方法，将纳米碳、多孔碳、导电碳混合均匀，加入粘结剂制备浆料涂布于铝箔集流体上，经干燥，辊压，制成超级电容器极片。CN1985340A公开了一种双电层电容器活性炭电极，碳微球活化后与聚四氟乙烯和导电剂混炼，压延，制成片状电极。CN103943377A公开了一种多孔碳电极的制备，将活性物质、粘结剂、导电剂和少量溶剂进行混炼形成胶团，辊压，成膜，并通过导电胶粘附在集流体上。CN103956273A公开了一种超级电容器电极的制备方法，将导电材料与粘结剂混合均匀，加入活性物质形成大颗粒，然后捏合成弹性胶状体，涂覆于集流体上，热压制备电极。由此可见，多数碳材料电极通过多孔碳与粘结剂混合，经辊压或者涂覆制备，加工工艺复杂，且粘结剂的使用对电极性能有较大影响。同时，为保证电解液高效扩散，电极材料通常只有几微米至几十微米，电极材料负载量约为1mg/cm²，其存储容量较低，不利于电容器的实际应用。但是高负载量下电解液扩散受限，比电容降低。因此，调节活性碳材料具有合适的孔径分布同时保证电解液的高效扩散和高比表面积，对高性能超级电容器电极材料的制备至关重要。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供了一种碳基超级电容器电极材料的制备方法及其应用，本发明以自然碳材料为基础材料，采用模板法制备多孔结构，经高温碳化后直接用于超级电容器电极，其形状、厚度及尺寸可随工业生产需要调节，无需粘结剂混合涂覆制膜，原料丰富，生产工艺简便。同时该材料在高负载量下仍具有优异的电化学性能，有利于实现超级电容器高容量存储，推进其商业化应用。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种碳基超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将自然碳材料、聚环氧烷基类嵌段共聚物和二氧化硅加入有机溶剂中混合均匀的混合溶液；

S2、将步骤S1中的混合溶液倒入模具中去除其中的有机溶剂；

S3、将步骤S2中中所得材料放入高温炉中在惰性气体氛围中加热碳化、冷却后取出放入碱性溶液中。