一種碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法。包括以下步驟：把潔凈的銅高溫氧化，得到具有發(fā)射狀結(jié)構(gòu)的納米氧化銅線陣列；采用化學(xué)鍍的方法在所得材料的表面鍍上一層鎳；采用浸漬的方法，在所得材料表面覆蓋一層有機(jī)聚合物；將步驟3所得材料高溫處理，使有機(jī)聚合物碳化，獲得納米碳包銅線陣列。本發(fā)明碳層包覆在納米銅線表面，具有良好導(dǎo)電能力的納米銅線均勻分布于碳材料中，導(dǎo)電能力強(qiáng)；在納米銅線和碳層之間有一層鎳，部分鎳與銅在高溫下形成合金，具有非常良好的化學(xué)穩(wěn)定性；鎳和碳之間具有很強(qiáng)的親和力，電極的制備不需要粘接劑，能很好地解決目前碳材料電極存在的導(dǎo)電能力差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題。
【專利說明】
一種碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到具體一種超級電容器電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器也稱為電化學(xué)電容器，是通過靜電作用進(jìn)行電荷儲(chǔ)存，將電解液中的離子可逆地吸附到高比表面積的材料中，目前主要采用的電極材料有碳材料和金屬氧化物。對于碳材料的開發(fā)，活性炭是很好的電容器材料，其具有比表面積高，價(jià)格相對低廉等特點(diǎn)，但活性炭導(dǎo)電能力差，并且需要粘結(jié)劑對電極材料進(jìn)行粘結(jié)，導(dǎo)致電極電阻增大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合電極材料的制備方法。該方法采用高溫氧化和有機(jī)物碳化技術(shù)，操作簡單，制備的碳包銅納米線為陣列結(jié)構(gòu)，具有較高的超級電容器功率密度和能量密度。
[0004]—種碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，包括以下步驟:
[0005]I)把潔凈的銅高溫氧化，得到CuO/Cu復(fù)合材料;所述CuO/Cu復(fù)合材料具有發(fā)射狀結(jié)構(gòu)的納米氧化銅線陣列；
[0006]2)采用化學(xué)鍍的方法在步驟I所得材料的表面鍍上一層鎳；
[0007]3)采用浸漬的方法，在步驟2所得材料表面覆蓋一層有機(jī)聚合物；
[0008]4)將步驟3所得材料高溫處理，使有機(jī)聚合物碳化，獲得納米碳包銅線陣列。
[0009]按上述方案，步驟I高溫氧化溫度為300?600°C，時(shí)間為2?6h;空氣氛圍。
[00?0]按上述方案，步驟2鎳層的厚度為I?10nm。
[0011 ]按上述方案，步驟3聚合物為酚醛樹脂或甲基丙烯酸甲酯。
[0012]按上述方案，步驟4碳化溫度為700?1300°C，碳化時(shí)間為I?6h;氮?dú)夥諊?br>[0013]本發(fā)明的電極材料中，碳層包覆在納米銅線表面，具有良好導(dǎo)電能力的納米銅線均勻分布于碳材料中，導(dǎo)電能力強(qiáng);在納米銅線和碳層之間有一層鎳，部分鎳與銅在高溫下形成合金，具有非常良好的化學(xué)穩(wěn)定性;鎳和碳之間具有很強(qiáng)的親和力，電極的制備不需要粘接劑，能很好地解決目前碳材料電極存在的導(dǎo)電能力差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0015]I)本發(fā)明制得的碳包銅線為陣列結(jié)構(gòu)，均勻分布于碳材料中，有利于提高電極材料的導(dǎo)電能力。
[0016]2)鎳與銅在高溫下形成具有良好化學(xué)穩(wěn)定性的鎳銅合金；
[0017 ] 3)鎳與碳材料之間親和力好，在高溫碳化時(shí)連接，不需要粘結(jié)劑。
【附圖說明】
[0018]圖1:本發(fā)明碳包銅復(fù)合電極材料截面圖；
[0019]圖2:本發(fā)明碳包銅復(fù)合電極材料側(cè)面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下實(shí)施例進(jìn)一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。[0021 ]本發(fā)明碳包銅復(fù)合電極材料的制備過程如下:
[0022]I)把潔凈的銅空氣氛圍下300?600 °C高溫氧化2?6h，得到CuO/Cu復(fù)合材料;所述CuO/Cu復(fù)合材料具有發(fā)射狀結(jié)構(gòu)的納米氧化銅線陣列；
[0023]2)采用化學(xué)鍍的方法在步驟I所得材料的表面鍍上一層厚度為I?1nm的鎳；
[0024]3)將步驟2所得材料浸漬在酚醛樹脂或甲基丙烯酸甲酯的有機(jī)溶液中，使其表面覆蓋一層聚合物；
[0025]4)將步驟3所得材料氮?dú)夥諊?00?1300 °C高溫處理I?6h，使有機(jī)聚合物碳化，獲得納米碳包銅線陣列。
[0026]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的電極材料中，碳層包覆在納米銅線表面，具有良好導(dǎo)電能力的納米銅線均勻分布于碳材料中，導(dǎo)電能力強(qiáng);在納米銅線和碳層之間有一層鎳，部分鎳與銅在高溫下形成合金，具有非常良好的化學(xué)穩(wěn)定性;鎳和碳之間具有很強(qiáng)的親和力，電極的制備不需要粘接劑，能很好地解決目前碳材料電極存在的導(dǎo)電能力差、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題。
[0027]實(shí)施例1
[0028]將潔凈的銅線在大氣氛圍中氧化5h，氧化溫度為450°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0029]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0030]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化5h，碳化溫度為800°C，冷卻至室溫取出。
[0031]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為35Wh/kg。功率密度為4500ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90 %。
[0032]實(shí)施例2
[0033]將潔凈的銅線在大氣氛圍中氧化6h，氧化溫度為300°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0034]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0035]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化6h，碳化溫度為700°C，冷卻至室溫取出。
[0036]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為34Wh/kg。功率密度為4200ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為85 %。
[0037]實(shí)施例3
[0038]將潔凈的銅線在大氣氛圍中氧化2h，氧化溫度為600°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0039]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0040]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化lh，碳化溫度為1300°C，冷卻至室溫取出。
[0041]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為36Wh/kg。功率密度為4100W/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90%。
[0042]實(shí)施例4
[0043]將潔凈的銅線在大氣氛圍中氧化5h，氧化溫度為450°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0044]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0045]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化3h，碳化溫度為900°C，冷卻至室溫取出。
[0046]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為30Wh/kg。功率密度為4000ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90 %。
[0047]實(shí)施例5
[0048]將潔凈的銅片在大氣氛圍中氧化4h，氧化溫度為450°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0049]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為20秒。
[0050]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化3h，碳化溫度為800°C，冷卻至室溫取出。
[0051]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為35Wh/kg。功率密度為4400ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90 %。
[0052]實(shí)施例6
[0053]將潔凈的銅線在大氣氛圍中氧化5h，氧化溫度為450°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0054]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0055]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化3h，碳化溫度為700°C，冷卻至室溫取出。
[0056]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為33Wh/kg。功率密度為4400ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90 %。
[0057]實(shí)施例7
[0058]將潔凈的銅片在大氣氛圍中氧化6h，氧化溫度為300°C，高溫氧化結(jié)束后讓其自然冷卻至室溫，即可得到納米氧化銅線陣列。
[0059]將上述材料放入市售的化學(xué)鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳，時(shí)間為15秒。
[0060]將酚醛樹脂分散于丙酮中，然后將上述鍍鎳后的銅線浸漬于其中取出，使銅線上均勻負(fù)載一層酚醛樹脂，再碳化5h，碳化溫度為800°C，冷卻至室溫取出。
[0061]將通過上述過程制得的碳包銅復(fù)合電極材料進(jìn)行電化學(xué)測試。以IMNaSO4溶液為電解質(zhì)，以碳包銅復(fù)合電極材料為工作電極，采用恒電流充放電法測試其電容特性。本實(shí)施例制得的納米氧化銅的超級電容器性能良好，電極材料的能量密度為35Wh/kg。功率密度為4200ff/kg，循環(huán)5000次后，比容量仍然保持為90 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)把潔凈的銅高溫氧化，得到CuO/Cu復(fù)合材料;所述CuO/Cu復(fù)合材料具有發(fā)射狀結(jié)構(gòu)的納米氧化銅線陣列； 2)采用化學(xué)鍍的方法在步驟I所得材料的表面鍍上一層鎳； 3)采用浸漬的方法，在步驟2所得材料表面覆蓋一層有機(jī)聚合物； 4)將步驟3所得材料高溫處理，使有機(jī)聚合物碳化，獲得納米碳包銅線陣列。2.如權(quán)利要求1所述碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟I高溫氧化溫度為300?600°C，時(shí)間為2?6h;空氣氛圍。3.如權(quán)利要求1所述碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟2鎳層的厚度為I?1nm04.如權(quán)利要求1所述碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟3聚合物為酚醛樹脂或甲基丙烯酸甲酯。5.如權(quán)利要求1所述碳包銅復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于步驟4碳化溫度為700?1300°C，碳化時(shí)間為I?6h;氮?dú)夥諊?br>【文檔編號】H01G11/86GK106098401SQ201610536522
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】王升高, 陳睿, 劉星星, 崔麗佳, 皮小強(qiáng), 張維
【申請人】武漢工程大學(xué)