專利名稱：互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于電化學和新型能源材料領域，提供了ー種互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，可用作超級電容器電極材料和鋰離子電池電極材料。
背景技術：
面臨能源危機和環境污染的嚴峻問題，能源研究者不斷開拓尋求著清潔高效的綠色能源。其中電極材料作為儲能器件最重要的組成部分，影響著器件的整體性能。碳材料因具有較好的導電性，較低的價格，較好的循環穩定性等優點，較早的應用于エ業化生產，但是應用的碳纖維、碳納米管和活性炭材料，在電解液的傳輸過程中，其孔道結構為單向且不連通，這在一定程度上影響電極的動力學過程，進而影響其電化學性能。
發明內容
本發明的目的是提供ー種互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法。本發明是互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其步驟為(I)將苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔劑，乳化劑混合，在40 60°C溫度下攪拌均勻，得到連續相，然后滴加水溶液，滴加結束后繼續反應5 20分鐘；(2)將上述所得的乳液倒入任意形狀的模具中，在50 70°C溫度下進行恒溫聚合反應，時間持續12 72小吋；(3)將⑵所得的樣品在60°C進行干燥，時間持續24 48小時，得互通結構分級多孔成型聚苯こ烯；(4)將(3)所得的互通結構分級多孔成型聚苯こ烯進行熱處理，熱處理的溫度為320 240°C，時間持續2 10小時；(5)將(4)所得的產物于700 1000°C下進行碳化，碳化時間為I 6小時，得互通結構分級多孔成型碳。本發明的有益之處本發明主要是通過控制合成高聚物的結構來控制碳材料的結構。采用超濃乳液合成互通多孔成型聚苯こ烯，進而碳化制備互通多孔成型碳材料。此種方法制備的碳材料孔結構互相連通，孔徑具有分級多孔結構，尺寸介于20 50 μ m，2 15 μ m和< lOOnm。孔徑尺寸較大的孔結構，有利于電解液的滲透，孔徑較小的尺寸，有利于提高與電解液的接觸面積，孔與孔的相互連通結構，有利于其電極的動力學特性。
圖I是實施例I所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖，圖2是實施例3所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖，圖3是實施例5所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖，圖4是實施例7所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖，圖5是實施例5所得到的互通結構分級多孔成型碳，測試所得的循環伏安曲線，圖6是實施例5所得到的互通結構分級多孔成型碳，測試所得的恒流充放電曲線。
具體實施例方式本發明是互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其步驟為(I)將苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔劑，乳化劑混合，在40 60°C溫度下攪拌均勻，得到連續相，然后滴加水溶液，滴加結束后繼續反應5 20分鐘；(2)將上述所得的乳液倒入任意形狀的模具中，在50 70°C溫度下進行恒溫聚合反應，時間持續12 72小吋；(3)將⑵所得的樣品在60°C進行干燥，時間持續24 48小時，得互通結構分級多孔成型聚苯こ烯；
(4)將(3)所得的互通結構分級多孔成型聚苯こ烯進行熱處理，熱處理的溫度為320 240°C，時間持續2 10小時；(5)將⑷所得的產物于700 1000°C下進行碳化，碳化時間為I 6小時，得互通結構分級多孔成型碳。乳化劑在連續相中的濃度大于5 %。乳化劑為山梨糖醇酐油酸酷，或者山梨醇酐單月桂酸酷，或者以上所列乳化劑的混合物。致孔劑為甲苯，或者氯苯，或者ニ氯苯，或者I-氯-3-苯基丙烷。下面用更為具體的實施例進ー步展開本發明。實施例I首先向三ロ燒瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔劑甲苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水90mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig),完畢后繼續反應10分鐘,然后將乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60で真空干燥48小時后，于馬弗爐中320°C熱處理5小時后，700°C高溫碳化2小吋。圖I所示為實施例I所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖。實施例2首先向三ロ燒瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔劑氯苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig),完畢后繼續反應10分鐘,然后將乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60で真空干燥48小時后，于馬弗爐中320°C熱處理5小時后，900°C高溫碳化3小時。實施例3首先向三ロ燒瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔劑甲苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水80mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig),完畢后繼續反應10分鐘,然后將乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60で真空干燥48小時后，于馬弗爐中320°C熱處理5小時后，700°C高溫碳化2小吋。圖2所示為實施例3所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖。實施例4 首先向三口燒瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔劑二氯苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水80mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig)，完畢后繼續反應10分鐘，然后將乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60°C真空干燥48小時后，于馬弗爐中280°C熱處理8小時后，850°C高溫碳化4小時。實施例5首先向三口燒瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔劑甲苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig),完畢后繼續反應10分鐘,然后將乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60°C真空干燥48小時后，于馬弗爐中320°C熱處理5小時后，700°C高溫碳化2小時。圖3所示為實施例5所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖。圖5為實施例5所得到的互通分級多孔成型碳，測試所得的循環伏安曲線，沿箭頭方向掃描速率依次為2. 5、5、10、20、30、40、50mV/s ;圖6是實施例5所得到的互通結構分級多孔成型碳，測試所得的恒流充放電曲線，沿箭頭方向電流密度依次為2. 5、5、10、20、30、40、50mA/cm2，右上角的插圖為比容量與電流密度的關系。實施例6首先向三口燒瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔劑甲苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣lg)，完畢后繼續反應lOmin，然后將乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，水浴60°C恒溫反應48小時，60°C真空干燥48小時后，于馬弗爐中240°C熱處理10小時后，900°C高溫碳化2小時。實施例7首先向三口燒瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔劑甲苯)有機相物質和3mL的乳化劑山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒溫攪拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水75mL，過硫酸鉀0. 2g，無水氯化鈣Ig),完畢后繼續反應10分鐘,然后將乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒溫反應48小時，60°C真空干燥48小時后，于馬弗爐中320°C熱處理5小時后，700°C高溫碳化2小時。圖4所示為實施例7所得到的互通結構分級多孔成型碳的掃描電子顯微鏡圖。
權利要求
1.互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其步驟為 (1)將苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔劑，乳化劑混合，在40 60°C溫度下攪拌均勻，得到連續相，然后滴加水溶液，滴加結束后繼續反應5 20分鐘； (2)將上述所得的乳液倒入任意形狀的模具中，在50 70°C溫度下進行恒溫聚合反應，時間持續12 72小時； (3)將(2)所得的樣品在60°C進行干燥，時間持續24 48小時，得互通結構分級多孔成型聚苯こ烯； (4)將(3)所得的互通結構分級多孔成型聚苯こ烯進行熱處理，熱處理的溫度為320 240°C，時間持續2 10小時； (5)將(4)所得的產物于700 1000°C下進行碳化，碳化時間為I 6小時，得互通結構分級多孔成型碳。
2.根據權利要求I所述的互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其特征在于乳化劑在連續相中的濃度大于5%。
3.根據權利要求I所述的互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其特征在于乳化劑為山梨糖醇酐油酸酷，或者山梨醇酐單月桂酸酷，或者以上所列乳化劑的混合物。
4.根據權利要求I所述的互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，其特征在于致孔劑為甲苯，或者氯苯，或者ニ氯苯，或者I-氯-3-苯基丙烷。
全文摘要
互通結構分級多孔成型碳電極材料的制備方法，首先將苯乙烯，二乙烯基苯，致孔劑，乳化劑混合，在40～60℃溫度下攪拌均勻，得到連續相，然后滴加水溶液，滴加結束后繼續反應5～20分鐘；然后將上述所得的乳液倒入任意形狀的模具中，在50～70℃溫度下進行恒溫聚合反應，時間持續12～72小時；再次將所得的樣品在60℃進行干燥，時間持續24～48小時，得互通結構分級多孔成型聚苯乙烯；然后將所得的互通結構分級多孔成型聚苯乙烯進行熱處理，熱處理的溫度為320～240℃，時間持續2～10小時；最后將所得的產物于700～1000℃下進行碳化，碳化時間為1～6小時，得互通結構分級多孔成型碳。
文檔編號C01B31/02GK102627269SQ20111036221
公開日2012年8月8日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者冉奮, 孔令斌, 康龍, 譚永濤 申請人:蘭州理工大學