[发明专利]一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料及其制备方法，属于电池技术领域。本发明的核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料的制备方法包括如下步骤：1）将碳纳米管、间苯二酚、甲醛在水中混合反应30‑80min；2）向步骤1）反应后的体系中加入草酸，反应200‑260min；3）将步骤2）反应后的体系固液分离，干燥，在惰性气氛下，500‑600℃保温3.5‑4.5h，得到碳纳米管/活性炭复合材料；4）将步骤3）得到的碳纳米管/活性炭复合材料与氢氧化钾混合，在700‑850℃碳化2‑5h，即得。本发明的核鞘结构的碳纳米管/活性炭复合材料的制备方法具有环境友好、工艺简单等优点。

技术领域

本发明涉及一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料及其制备方法，属于电池技术领域。

背景技术

超级电容器具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长和自放电率低等优点，具有广阔的应用前景。目前，超级电容器的电极材料以高比表面的活性炭为主。然而，活性炭一般以微孔为主，孔径分布不合理且导电性差，造成材料的比容量低，大电流倍率性能差。开发高性能碳电极材料的制备工艺，优化其孔径分布，提高能量密度，降低制造成本，对于开发高性能的超级电容器具有重要意义。

碳纳米管具有一维管状结构，其相互缠绕在一起形成三维多孔的网络结构，有利于电解质离子的快速迁移和形成电化学双电层，作为超级电容器的电极材料，具有倍率性能好的优点。然而，与活性炭相比，碳纳米管比表面并不高，造成材料比电容较低，且其制备成本较高，限制了其实际应用。

因此，把活性炭高比表面的优点与碳纳米管三维多孔网络结构、高导电性的优点结合起来，研制碳纳米管/活性炭复合材料，有望发挥二者之间的协同效应，制备出成本较低、高比表面和高性能的超级电容器用碳电极材料。

发明内容

本发明提供一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料的制备方法及由该方法制得的核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料。还提供了一种由该复合材料制得的超级电容器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将碳纳米管、间苯二酚、甲醛在水中混合反应30-80min；

2）向步骤1）反应后的体系中加入草酸，反应200-260min；

3）将步骤2）反应后的体系固液分离，干燥，在惰性气氛下，500-600℃保温3.5-4.5h，得到碳纳米管/活性炭复合材料；

4）将步骤3）得到的碳纳米管/活性炭复合材料与氢氧化钾混合，在700-850℃碳化2-5h，即得。

所述碳纳米管与间苯二酚的质量比为0.1:0.84-3.37。优选的，质量比为0.1:0.84-2.5。进一步优选的，为0.1:0.84-2.16。进一步优选的，为0.1:0.84-1.68。

所述间苯二酚与甲醛的质量比为0.84-3.37:0.455-1.82。优选的，该质量比为0.84-2.5:0.455-1.4。进一步优选的，该质量比为0.84-2.16:0.455-1.16。

步骤1）中反应温度为55-90℃。

步骤1）中反应为在55-65℃反应20-50min，然后再在80-90℃反应10-30min。

步骤2）中的草酸与步骤1）中间苯二酚的质量比为0.21-0.86：0.84-3.37。优选的，该质量比为0.21-0.65：0.84-2.5。

步骤4）中碳纳米管/活性炭复合材料与氢氧化钾的质量比为1:3。

一种上述方法制得的核鞘纳米电缆结构的碳纳米管/活性炭复合材料。