[发明专利]一种多孔电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔电极材料及其制备方法，将COFs、氧化石墨烯原位生长至聚氨酯泡沫骨架结构中，经过热处理工艺，使得聚氨酯泡沫及COFs直接碳化，氧化石墨烯热还原为石墨烯，最终得到保留有聚氨酯泡沫/COFs骨架结构的多孔石墨烯三维网络结构。通过本发明所制备的石墨烯孔隙率高，比表面积大，作为电极材料使用时，拥有较高的比电容，优异的电化学循环寿命。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种多孔电极材料及其制备方法。

背景技术

为了降低石油燃料的使用及减少二氧化碳的排放量，许多国家都加大了对混合电动汽车和电动汽车的研究和投入。混合电动汽车和电动汽车最关键的部分是电源系统，因此，开发高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低成本、安全性能好和环境友好的高效储能器件尤为关键。

在众多的储能电极材料中，多孔碳基三维网络结构以其优良的导电性，高的比表面积，极好的电化学稳定性吸引了人们广泛的关注，成为了该领域的研究热点。它不仅本身具有高的比容量，而且可以作为三维网络骨架，与其他三维网络结构复合，从而形成双三维网络结构，这样就更有利于材料表面电子与离子的传递与运输，其导电性及比表面积均有所提高。更重要的是，由于碳基三维网络结构的空间性，其可直接用作储能器件的柔性电极材料，从而拓展了储能器件的应用领域。

专利CN201310566939.X采用氧化石墨和多孔金属基材为起始材料，将三维的石墨烯气凝胶直接沉积在多孔的金属上，从而制得三维多孔结构。但该类方法其所用模板一般为铜、镍、钴等昂贵金属为模板，后期需要对模板进行刻蚀，从经济和环境方面限制了其大规模商业化的应用。专利CN 106542522 A利用三聚氰胺或双氰胺在硝酸、硫酸或磷酸的作用下形成纤维作为模板，氧化石墨烯自组装包裹在纤维的表面构成前驱体，该前驱体在高温热处理时，三聚氰胺或双氰胺纤维收缩、分解，外层氧化石墨烯被还原，最终得到三维多孔石墨烯骨架结构，但该方法所制石墨烯由于无阻隔剂作用而易团聚，影响最终性能。

如何得到一种方法简单、经济实用且空隙率高、比表面积大的多孔三维网络结构，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔电极材料及其制备方法，所述的多孔电极材料制备方法简单，易操作，所得制品比表面积大、电学性能优良。

本发明的另一目的在于提供上述多孔材料的应用，其可用于超级电容器电极材料，作为电极具有较高的比电容、良好的倍率性能以及循环稳定性。

为达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种多孔电极材料，其由包括异氰酸酯组分和组合白料组分的反应制备而成，其中，

所述组合白料包括如下组分，基于下述组合白料各组分的总质量：

多元醇组分               70-95wt％，优选75-90wt％，

氧化石墨烯               1-25wt％，优选2-24wt％，

COFs材料                 1-10wt％，优选2-8wt％；

本发明中的异氰酸酯组分和组合白料组分的质量比为0.5-2：1，优选1-1.6：1。

本发明中的异氰酸酯组分选自NCO官能度≥2的脂肪族、芳香族二异氰酸酯及其衍生物中的一种或多种，优选芳香族二异氰酸酯及其衍生物中的一种或多种，更优选多亚甲基多苯基多异氰酸酯，其粘度为130-400mPa·s(25℃)。例如万华化学的PM-200、PM-400、PM-700、PM-2010等牌号。