一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電極材料制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]負(fù)極指電源中電位(電勢)較低的一端。在原電池中，是指起氧化作用的電極，電池反應(yīng)中寫在左邊。從物理角度來看，是電路中電子流出的一極。而負(fù)極材料，則是指電池中構(gòu)成負(fù)極的原料，目前常見的負(fù)極材料有碳負(fù)極材料、錫基負(fù)極材料、含鋰過渡金屬氮化物負(fù)極材料、合金類負(fù)極材料和納米級負(fù)極材料。
[0003]目前用于超級電容器的電極材料主要有碳、過渡金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物。碳材料是當(dāng)前研究和應(yīng)用最為廣泛的超級電容器電極材料，它主要包括活性碳、活性碳纖維、碳納米管和石墨烯等。其中，活性碳材料由于具有穩(wěn)定的使用壽命、低廉的價格及大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)，在目前的超級電容器商品中被廣泛采用。但是，活性碳材料比較容易被氧化，導(dǎo)致碳基超級電容器內(nèi)阻較大，高頻特性差，而且活性碳材料的導(dǎo)電性較差。諸多缺陷讓它很難滿足電動汽車等對超級電容器高能量、高功率密度的迫切需求。導(dǎo)電聚合物具有循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。這就需要科研人員找到更合適的新材料。
[0004]二氧化錳類材料，具有價格低廉、對環(huán)境友好以及電化學(xué)工作窗口寬的顯著優(yōu)點(diǎn)，更重要的是，二氧化錳基超級電容器可采用中性電解質(zhì)溶液(如硫酸鈉、氯化鉀的水溶液等)，而不像其他金屬氧化物或碳基超級電容器必須采用強(qiáng)酸強(qiáng)堿電解質(zhì)，這使二氧化錳基超級電容器的組裝及使用更安全、更方便。目前，制備氧化錳的方法主要有:水熱法、溶膠_凝膠法、模板法、聲化學(xué)法、氧化還原法和高溫分解法等。通過以上方法制出各種形貌的氧化錳納米材料，然而由于這些材料孔隙率低，無發(fā)達(dá)的電子導(dǎo)電通路，性能不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，使器件可以具有良好的容量和倍率性能；提高電池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善電池的循環(huán)性能；使錳基超級電容器的電極材料使用更安全、更方便，制備工藝簡單，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(O制硫/碳復(fù)合材料:按照重量比1:10將碳材料與硫磺粉放入二氧化鋯球磨罐，將球磨罐注入高純惰性氣體后，控制球磨轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/分鐘，球磨2-2.5h ；
(2)超聲處理:把硫/碳復(fù)合材料加入質(zhì)量濃度為20-25%的含錳材料水溶液中，然后在功率為800-2000瓦每平方厘米，頻率為50-100千赫茲的超聲反應(yīng)器中，控制溫度為40-50°C下超聲處理4-6h ；
(3)洗滌:將超聲處理后的復(fù)合材料分散在的有機(jī)溶劑中，加入過硫酸銨水溶液調(diào)pH=2-3，控制溫度為60-70°C，攪拌反應(yīng)3_4h，然后離心分離，洗滌，使其完全均勻地分散；
(4)干燥:在含氫還原混合氣體保護(hù)下在155-180°C焙燒3-4h，得到含錳多孔硫碳/氧化錳納米復(fù)合材料。
[0007]上述步驟(2)中的含錳材料為高錳酸鉀和碳酸錳按照摩爾比2:1組成的混合物。
[0008]上述步驟(3)中的有機(jī)溶劑為體積比為3: I的氯仿和丙酮混合物。
[0009]根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，上述步驟(4)中的含氫還原混合氣體為氫氣和氬氣按照摩爾比2:1組成的混合氣體。
[0010]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明提供的硫/碳復(fù)合材料具有高的比表面積和和電子電導(dǎo)率，從而使器件可以具有良好的容量和倍率性能；
2、原料經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能夠負(fù)載高含量的活性物質(zhì)材料硫，提高電池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善電池的循環(huán)性能；
3、錳材料具有環(huán)境友好性以及電化學(xué)工作窗口寬的顯著優(yōu)點(diǎn)，使錳基超級電容器的電極材料使用更安全、更方便，制備工藝簡單，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0011]實施例1
一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)制硫/碳復(fù)合材料:按照重量比1:10將碳材料與硫磺粉放入二氧化鋯球磨罐，將球磨罐注入高純惰性氣體后，控制球磨轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨2.5h ；
(2)超聲處理:把硫/碳復(fù)合材料加入質(zhì)量濃度為20%的高錳酸鉀和碳酸錳按照摩爾比2:1組成的含錳材料水溶液中，然后在功率為2000瓦每平方厘米，頻率為100千赫茲的超聲反應(yīng)器中，控制溫度為40°C下超聲處理6h ；
(3)洗滌:將超聲處理后的復(fù)合材料分散在的體積比為3: I的氯仿和丙酮組成的有機(jī)溶劑中，加入過硫酸銨水溶液調(diào)pH=2-3，控制溫度為60°C，攪拌反應(yīng)4h，然后離心分離，洗滌，使其完全均勻地分散；
(4)干燥:在氫氣和氬氣按照摩爾比2:1組成的含氫還原混合氣體保護(hù)下在160°C焙燒4h，得到含錳多孔硫碳/氧化錳納米復(fù)合材料。
[0012]實施例2
一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(O制硫/碳復(fù)合材料:按照重量比1:10將碳材料與硫磺粉放入二氧化鋯球磨罐，將球磨罐注入高純惰性氣體后，控制球磨轉(zhuǎn)速為350轉(zhuǎn)/分鐘，球磨2h ；
(2)超聲處理:把硫/碳復(fù)合材料加入質(zhì)量濃度為25%的高錳酸鉀和碳酸錳按照摩爾比2:1組成的含錳材料水溶液中，然后在功率為2000瓦每平方厘米，頻率為100千赫茲的超聲反應(yīng)器中，控制溫度為50°C下超聲處理4h ；
(3)洗滌:將超聲處理后的復(fù)合材料分散在的體積比為3: I的氯仿和丙酮組成的有機(jī)溶劑中，加入過硫酸銨水溶液調(diào)pH=2-3，控制溫度為70°C，攪拌反應(yīng)3h，然后離心分離，洗滌，使其完全均勻地分散；
(4)干燥:在氫氣和氬氣按照摩爾比2:1組成的含氫還原混合氣體保護(hù)下在180°C焙燒 3h，得到含錳多孔硫碳/氧化錳納米復(fù)合材料。
【主權(quán)項】
1.一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)制硫/碳復(fù)合材料:按照重量比1:10將碳材料與硫磺粉放入二氧化鋯球磨罐，將球磨罐注入高純惰性氣體后，控制球磨轉(zhuǎn)速為300-350轉(zhuǎn)/分鐘，球磨2-2.5h ； (2)超聲處理:把硫/碳復(fù)合材料加入質(zhì)量濃度為20-25%的含錳材料水溶液中，然后在功率為800-2000瓦每平方厘米，頻率為50-100千赫茲的超聲反應(yīng)器中，控制溫度為40-50°C下超聲處理4-6h ； (3)洗滌:將超聲處理后的復(fù)合材料分散在的有機(jī)溶劑中，加入過硫酸銨水溶液調(diào)pH=2-3，控制溫度為60-70°C，攪拌反應(yīng)3_4h，然后離心分離，洗滌，使其完全均勻地分散； (4)干燥:在含氫還原混合氣體保護(hù)下在155-180°C焙燒3-4h，得到含錳多孔硫碳/氧化錳納米復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中的含錳材料為高錳酸鉀和碳酸錳按照摩爾比2:1組成的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的有機(jī)溶劑為體積比為3: I的氯仿和丙酮混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，4、所述步驟中的含氫還原混合氣體為氫氣和氬氣按照摩爾比2:1組成的混合氣體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種良好充放電性能的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）制硫/碳復(fù)合材料；（2）超聲處理；（3）洗滌；（4）干燥。本發(fā)明提供的硫/碳復(fù)合材料具有高的比表面積和和電子電導(dǎo)率，從而使器件可以具有良好的容量和倍率性能；原料經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能夠負(fù)載高含量的活性物質(zhì)材料硫，提高電池的能量密度，并且碳材料本身巨大的表面吸附作用能有效改善電池的循環(huán)性能；錳材料具有環(huán)境友好性以及電化學(xué)工作窗口寬的顯著優(yōu)點(diǎn)，使錳基超級電容器的電極材料使用更安全、更方便，制備工藝簡單，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01G11-86, H01G11-30, H01G11-24
【公開號】CN104733186
【申請?zhí)枴緾N201310718574
【發(fā)明人】于桂菊
【申請人】于桂菊
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2013年12月24日