[发明专利]一种层状结构纸基碳电极制备方法

说明书

本发明提供了一种层状结构纸基碳电极制备方法，包括以下步骤：1)将废纸浸泡在复合催化剂溶液中，浸透后取出，干燥；2)将活化剂和碳材料分散在水溶性热固性树脂中，得到活化剂‑碳材料‑水溶性热固性树脂混合溶液；3)将浸有复合催化剂的废纸浸泡在活化剂‑碳材料‑水溶性热固性树脂混合溶液中，浸透后取出，干燥；4)将上述干燥后的废纸逐层叠加，热压胶合，得到纸基‑树脂复合材料；5)把所述纸基‑树脂复合材料放置在夹板中，烧结，冷却，洗涤，得到纸基层状电极材料。通过本发明方法制备的纸基碳电极在宏观上具有明显的层状结构，在微观上具有三维网络结构。采用此方法制备的层状结构复合碳电极用作超级电容器的电极材料，可获得了较高的比电容。

技术领域

本发明涉及新能源超级电容器技术领域，特别地，涉及一种层状结构纸基碳电极制备方法。

背景技术

超级电容器由高比表面积的多孔电极材料、集流体、多孔性电池隔膜及电解液组成，具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优势而应用广泛。其中电极材料是决定超级电容器性能和生产成本的关键因素，研究和开发高性能、低成本的电极材料是超级电容器研发工作的重要内容。

目前用作超级电容器电极的材料主要有碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料三类。其中，碳是最早被用来制造超级电容器的电极材料，其比表面积是决定电容器容量的重要因素，但只有大于2nm(水系)或5nm(非水系)的孔才对形成双电层有利，所以在提高比表面积的同时要调控孔径分布。同时，碳材料的表面性能(官能团)、导电率、表观密度等对电容器性能也有影响。

现在已有许多不同类型的碳材料被证明可用于制作超级电容器的极化电极，如活性炭、活性炭纤维、碳气溶胶、碳纳米管以及某些有机物的裂解碳化产物等。

肖文杰等利用多步水热法制备出“类三明治结构”的镍钴氧/石墨烯/氧化镍层状复合材料；金起载等将阴极和阳极弯曲成垂直截面为z字形，再涂活性材料层而构成电极；韩杰等以聚苯乙烯球为硬模板，合成粒径均一的PS/PAN/MnO₂复合材料制备三明治结构碳/MnO₂电极；张登松等在石墨烯表面化学气相沉积，原位生长碳纳米管，实现低沉本、大规模制备碳纳米管/石墨烯三明治结构纳米复合材料；陈海群等将石墨于有机溶剂中超声或球磨剥离后加入一定浓度的金属盐溶液搅拌至均相，再加入稀HNO₃在100-130℃下反应4-8h，经抽滤、洗涤和低温干燥后得到三明治结构的复合石墨烯纸电极材料；张治安等将壳聚糖与锌盐类造孔剂混合均匀，经碳化处理，得到多孔碳纳米片，然后将其浸泡在可溶性镍盐溶液中，取出干燥，经CVD气相沉积，得到三明治结构碳基复合材料；包海峰等以水滑石为原料，再以其焙烧产物双金属复合氧化物为模板，利用其独特记忆特性使其可恢复成水滑石的层状结构，对插入水滑石分子层间的酚醛树脂低聚物进行约束，进而使得酚醛树脂在层间形成层状排列结构，对其进行碳化后最终获得具有层状结构的碳电极材料；阮殿波等将活性炭悬浮液与氧化石墨烯悬浮液混合得到混合悬浮液，搅拌3h使得氧化石墨烯和活性炭充分混合，二者交错叠加形成夹心复合结构，然后以此作为电极材料。

在上述研究中主要存在以下一些不足：

1)大部分电极材料多为粉末状，需要通过导电胶与集流体组装成电极；

2)部分碳电极材料需要通过二次活化调节孔隙；

3)多为粉末或整体的三维网状，结构较为单一；

4)大部分掺杂金属单质、金属氧化物以及石墨烯、碳纳米管的碳电极制备工艺复杂；

5)有些电极材料在制备过程中使用有机溶剂。

因此，本发明提出了一种纸基碳电极制备方法的新型技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有层状结构的纸基碳电极制备方法，以解决上述现有技术中存在的不足。