一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104779071 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.07.15

(21)申请号 201510157763.1(22)申请日 2015.04.03

(71)申请人安徽江威精密制造有限公司

地址244131 安徽省铜陵市铜陵县金桥工业

园(72)发明人骆方勇 鲍启兵 万美云(74)专利代理机构安徽合肥华信知识产权代理

有限公司 34112

代理人余成俊(51)Int.Cl.

H01G 11/42(2013.01)H01G 11/86(2013.01)

权利要求书1页 说明书2页

()发明名称

一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法(57)摘要

本发明公开了一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：沥青5-7、三乙胺1-2、电解二氧化锰3-4、膨润土1-2、氯化硒2-4、乙酰丙酮钴1-2、乙酰丙酮镍1-2、氮化钛4-5、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的氮化钛具有优良的导热性能、导电性能、光学性能、生物相容性，它包覆在秸秆基炭的表面能够改善电极的循环性能，提高电极的容量。 C N 1 0 4 7 7 9 0 7 1 A CN 104779071 A

权 利 要 求 书

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1.一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：沥青5-7、三乙胺1-2、电解二氧化锰3-4、膨润土1-2、氯化硒2-4、乙酰丙酮钴1-2、乙酰丙酮镍1-2、氮化钛4-5、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；

所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成：对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。

2.根据权利要求1所述一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，其特征在于，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；

(2)将乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除氮化钛外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；

（3）将氮化钛加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。

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说 明 书

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一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学能源材料领域，特别是一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。

[0001]

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一

身，此外它还具有免维护、高可靠性等优点，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电功率高、工作温度宽、可靠性好等优点，在能源、通讯、网络、汽车、军用等领域都有十分广泛的应用。[0003] 导电聚苯胺具有独特的质子酸/阳离子掺杂机制，常用的阳离子酸掺杂剂为各种有机质子酸和无机质酸。聚苯胺导电性好，具有单体价格便宜、高的电荷密度等优点，是导电高分子材料中最具发展潜力的品种之一。在超级电容器电极材料中引入n型掺杂的聚苯胺活性材料，在电容器充放电过程中，能充分利用电解液中阴阳离子，提高电极材料的储电性能。氮化钛具有高硬度、高温化学稳定性及优良的导热性能、导电性能、光学性能、生物相容性，它包覆在秸秆基炭的表面能够改善电极的循环性能，提高电极的容量。

[0002]

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料及其制备方法。[0005] 为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：

一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份的原料制成：沥青5-7、三乙胺1-2、电解二氧化锰3-4、膨润土1-2、氯化硒2-4、乙酰丙酮钴1-2、乙酰丙酮镍1-2、氮化钛4-5、聚苯胺复合材料3-5、秸秆1000-1200、无水氢氧化钾3-5、去离子水5-10；

所述聚苯胺复合材料是由下列重量份的原料制成：对甲苯磺酸4-6、盐酸6-8、纳米二氧化硅3-5、蒙脱土2-4、苯胺8-12、过硫酸铵0.4-0.7、去离子水30-50；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。

[0006] 本发明所述一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；

(2)将乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的

[0004]

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说 明 书

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产物和除氮化钛外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；

（3）将氮化钛加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。[0007] 本发明的优点是：本发明的聚苯胺复合材料具有价格便宜、电荷密度高等的优点，添加到电极材料中能够提高导电性和储电性能；添加的氮化钛具有优良的导热性能、导电性能、光学性能、生物相容性，它包覆在秸秆基炭的表面能够改善电极的循环性能，提高电极的容量。

[0008] 具体实施方案

下面通过具体实例对本发明进行详细说明。

[0009] 一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：沥青6、三乙胺1、电解二氧化锰3、膨润土1、氯化硒3、乙酰丙酮钴1、乙酰丙酮镍1、氮化钛5、聚苯胺复合材料5、秸秆1200、无水氢氧化钾4、去离子水10；

所述聚苯胺复合材料是由下列重量份(公斤)的原料制成：对甲苯磺酸5、盐酸7、纳米二氧化硅5、蒙脱土3、苯胺10、过硫酸铵0.4、去离子水35；制备方法是将对甲苯磺酸加到4-6mol/l的盐酸溶液中，搅拌均匀形成混合溶液，再将纳米二氧化硅、蒙脱土加到混合溶液中超声分散30-50分钟，再加入对甲苯磺酸质量0.5-2倍的苯胺单体，冰水浴下搅拌1-2小时形成均匀乳液，再将过硫酸铵缓慢滴加到乳液中，继续搅拌反应3-4小时，减压抽滤，固体沉淀依次用去离子水和对甲苯磺酸洗涤成中性，80-90°C下真空干燥8-12小时，即可得到聚苯胺复合材料。

[0010] 本发明所述一种氮化钛包覆秸秆基活性炭复合电极材料，由以下具体的步骤制成：

（1）将秸秆清洗干净后烘干，水分控制在20-25%左右，隔绝空气经过6-8小时常温物理炭化堆积得到生物质炭，再将该生物质炭粉碎成颗粒，加到沸腾炉中，通入预先预热至300-400°C的水蒸气和二氧化碳混合气体，在800-1000°C下进行氧化反应1-2小时，取出后加到熔融的无水氢氧化钾中，得到高比表面积活性炭备用；

(2)将乙酰丙酮钴、乙酰丙酮镍加到乙醇的水溶液中，搅拌溶解后加入步骤（1）的产物和除氮化钛外的其他剩余成分，在80-100°C下加热搅拌，干燥后通入纯氨气，于500-600°C下保温50-100分钟，然后迅速冷却至室温后粉碎至200-400目粉末备用；

（3）将氮化钛加热至熔融状态与步骤（2）的产物混合均匀即可。[0011] 将电极材料和导电剂、粘结剂按照比例混合均匀，通过压辊机制成薄片，干燥后压在不锈钢网集流体上，制成超级电容器，其参比电极为Ag/AgCl电极，电解液为1mol/l的硫酸溶液，在-0.2V至0.8V的电压范围内进行恒流充放电测试，电流为0.2A/g时，比电容为273F/g，电流为10A/g时，比电容为198F/g。

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