本發(fā)明屬于電學(xué)領(lǐng)域，涉及一種電極材料，具體來(lái)說(shuō)是一種超級(jí)電容器的電極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器(edlc)又叫雙電層電容器，作為一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型無(wú)維護(hù)儲(chǔ)能器件，現(xiàn)在已經(jīng)成為了人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。其比功率是電池的10倍以上，儲(chǔ)存電荷的能力比普通電容器更高，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)入工作溫度范圍廣、可快速充放電且循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染零排放等。而電極材料對(duì)超級(jí)電容器的性能的改進(jìn)起到非常重要的作用，可以說(shuō)是超級(jí)電容器最為核心的部分，因此開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能的電極材料是超級(jí)電容器研究中最為關(guān)鍵的課題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種超級(jí)電容器的電極材料的制備方法，所述的這種超級(jí)電容器的電極材料的制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的超級(jí)電容器比容量不高、電化學(xué)性能不強(qiáng)的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器的電極材料的制備方法，包括以下步驟：
1)將凱夫拉纖維剪成0.1~20厘米長(zhǎng)的短線；
2)稱取氫氧化鉀，研磨成粉；
3)將凱夫拉纖維和氫氧化鉀倒入二甲亞砜溶劑里攪拌72~240小時(shí)至凱夫拉纖維完全溶解，得到凱夫拉納米纖維的二甲亞砜分散液，凱夫拉纖維、氫氧化鉀和二甲亞砜溶劑的物料比為0.1~2克：1.0~3.0克：500~2000毫升；
4)將濃度為1~5mg/ml的乙酸錳溶液和上述的凱夫拉納米纖維的二甲亞砜分散液混合，所述的乙酸錳溶液和凱夫拉納米纖維的二甲亞砜分散液的體積比為100~200毫升：100~200毫升，攪拌1~5小時(shí)至分散液混合均勻；
5)將步驟4）混合好的絮狀分散液體，真空抽濾，并用去離子水將其鉀離子洗干凈之后取固體；
6)將步驟5）得到的固體放入冷凍干燥機(jī)干燥72~120小時(shí)后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，600~900攝氏度下高溫煅燒碳化，取出碳化固體研磨成粉；
7)將步驟6）得到的粉末材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯按質(zhì)量比為50-99:1-49:1-49混合，研磨均勻后即可作為超級(jí)電容器電極材料。
進(jìn)一步的，所述的凱夫拉纖維與氫氧化鉀的質(zhì)量比在1:1~1:5之間。
進(jìn)一步的，所配的乙酸錳溶液的濃度在2mg/ml。
進(jìn)一步的，步驟5）真空抽濾的固體需要通過(guò)冷凍干燥24小時(shí)~72小時(shí)。
進(jìn)一步的，步驟6）高溫煅燒必須在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，溫度在600~900度，并保溫3小時(shí)以上，升溫速率在2~10度/分鐘。
進(jìn)一步的，在步驟7）中，聚偏氟乙烯在研磨前溶解在n-甲基吡咯烷酮中。
本發(fā)明將聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(凱夫拉纖維)纖維在二甲基亞砜（dmso）里與氫氧化鉀（koh）一起攪拌至完全溶解得到凱夫拉納米纖維的二甲亞砜分散液。再加入乙酸錳溶液，攪拌均勻，得到絮狀分散溶液。將其真空抽濾后放入冷凍干燥機(jī)凍干。最后將材料放入管式爐里高溫煅燒即可得到超級(jí)電容器電極材料。通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的電極材料的電化學(xué)性能優(yōu)異，擁有較高的比電容，且在較大電流密度下的恒流充放電過(guò)程中展現(xiàn)了快充慢放的性能。
本發(fā)明利用凱夫拉纖維制備納米級(jí)纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的電極材料有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、摻雜了錳后又增添了贗電容效應(yīng)，可以大大提高其電化學(xué)性能。本發(fā)明的電極材料合成過(guò)程簡(jiǎn)單成本較低，且在水系電解液中，1a/g電流密度下的質(zhì)量比容量在510~820f/g范圍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的超級(jí)電容器電極材料擁有雙電層電容效應(yīng)和贗電容效應(yīng)，所以電極材料擁有較大的電化學(xué)性能，提供了比容量，而且本發(fā)明的合成方法簡(jiǎn)單，制備出來(lái)的納米級(jí)纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有較好的雙電層效應(yīng)，極具商業(yè)推廣價(jià)值，在未來(lái)的儲(chǔ)能領(lǐng)域擁有較好的發(fā)展前景。
附圖說(shuō)明
圖1為實(shí)施例1的電極材料的掃描電鏡圖片。
圖2為實(shí)施例1電極材料的透射電鏡圖片。
圖3為實(shí)施例1電極材料在不同電流密度下的恒流充放電曲線。
圖4為實(shí)施例1電極材料在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線。
圖5為實(shí)施例1在不同碳化溫度后得到的電極材料x(chóng)rd圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
一種超級(jí)電容器電極材料anfs/mn2+的制備方法。
將1.0341g凱夫拉纖維剪切成1cm左右長(zhǎng)短，放入500mldmso中，再稱取1.5023gkoh，研磨成粉末倒入dmso溶液中，磁力攪拌168小時(shí)后得到棕紅色液體，凱夫拉纖維完全溶解在dmso溶液中，得到anfs溶液。
配好濃度為2mg/ml的乙酸錳溶液倒入200ml的anfs溶液中，立即機(jī)械攪拌10h至溶液呈混合均勻的絮狀凝膠溶液。
采用22nm的濾紙真空抽濾絮狀凝膠溶液，并用0.5l~1l的去離子水進(jìn)行抽濾洗滌。
收集抽濾得到的膜狀固體，通過(guò)冷凍干燥后放入管式爐中按照5℃/min的升溫速率至700℃（600、800℃）保溫3小時(shí)。取出碳化固體，研磨成粉末即得到超級(jí)電容器電極材料。
將制備的電極材料按照電極材料：乙炔黑：pvdf=8:1:1（質(zhì)量比，pvdf事先溶解在1-甲基吡咯烷酮中）的比例加在一起研磨，半個(gè)小時(shí)后涂布在鈦網(wǎng)上，干燥后在4mkoh的電解液中測(cè)試。
實(shí)施例2
一種超級(jí)電容器電極材料anfs/mn2+的制備方法。
將1.005g凱夫拉纖維剪切成1cm左右長(zhǎng)短，放入500mldmso中，再稱取1.5072gkoh，研磨成粉末倒入dmso溶液中，磁力攪拌168小時(shí)后得到棕紅色液體，凱夫拉纖維完全溶解在dmso溶液中，得到anfs溶液。
配好濃度為2mg/ml的乙酸錳溶液倒入200ml的anfs溶液中，立即機(jī)械攪拌10h至溶液呈混合均勻的絮狀凝膠溶液。
采用22nm的濾紙真空抽濾絮狀凝膠溶液，并用0.5l~1l的去離子水進(jìn)行抽濾洗滌。
收集抽濾得到的膜狀固體，通過(guò)冷凍干燥后放入管式爐中按照5℃/min的升溫速率至800℃保溫3小時(shí)。取出碳化固體，研磨成粉末即得到超級(jí)電容器電極材料。
將制備的電極材料按照電極材料：乙炔黑：pvdf=8:1:1（質(zhì)量比，pvdf事先溶解在1-甲基吡咯烷酮中）的比例加在一起研磨，半個(gè)小時(shí)后涂布在鈦網(wǎng)上，干燥后在4mkoh的電解液中測(cè)試。
實(shí)施例3
一種超級(jí)電容器電極材料anfs/mn2+的制備方法。
將2.0137g凱夫拉纖維剪切成1cm左右長(zhǎng)短，放入500mldmso中，再稱取1.5001gkoh，研磨成粉末倒入dmso溶液中，磁力攪拌200小時(shí)后得到棕紅色液體，凱夫拉纖維完全溶解在dmso溶液中，得到anfs溶液。
配好濃度為4mg/ml的乙酸錳溶液倒入200ml的anfs溶液中，立即機(jī)械攪拌10h至溶液呈混合均勻的絮狀凝膠溶液。
采用22nm的濾紙真空抽濾絮狀凝膠溶液，并用0.5l~1l的去離子水進(jìn)行抽濾洗滌。
收集抽濾得到的膜狀固體，通過(guò)冷凍干燥后放入管式爐中按照5℃/min的升溫速率至900℃保溫3小時(shí)。取出碳化固體，研磨成粉末即得到超級(jí)電容器電極材料
以上三實(shí)例最后得到的電極材料作為超級(jí)電容器活性材料，按照活性材料:乙炔黑:pvdf=8:1:1（質(zhì)量比，pvdf事先溶解在1-甲基吡咯烷酮中）的比例加在一起研磨，半個(gè)小時(shí)后涂布在泡沫鎳上，干燥后在4mkoh的電解液中測(cè)試。其在不同電流密度下的恒流充放電曲線如圖3所示，利用計(jì)算公式
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，然而對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、替換、修改以及變型，被發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。