专利名称：互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法
技术领域：
本发明属于电化学和新型能源材料领域，提供了ー种互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，可用作超级电容器电极材料和锂离子电池电极材料。
背景技术：
面临能源危机和环境污染的严峻问题，能源研究者不断开拓寻求着清洁高效的绿色能源。其中电极材料作为储能器件最重要的组成部分，影响着器件的整体性能。碳材料因具有较好的导电性，较低的价格，较好的循环稳定性等优点，较早的应用于エ业化生产，但是应用的碳纤维、碳纳米管和活性炭材料，在电解液的传输过程中，其孔道结构为单向且不连通，这在一定程度上影响电极的动力学过程，进而影响其电化学性能。
发明内容
本发明的目的是提供ー种互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法。本发明是互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其步骤为(I)将苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔剂，乳化剂混合，在40 60°C温度下搅拌均匀，得到连续相，然后滴加水溶液，滴加结束后继续反应5 20分钟；(2)将上述所得的乳液倒入任意形状的模具中，在50 70°C温度下进行恒温聚合反应，时间持续12 72小吋；(3)将⑵所得的样品在60°C进行干燥，时间持续24 48小时，得互通结构分级多孔成型聚苯こ烯；(4)将(3)所得的互通结构分级多孔成型聚苯こ烯进行热处理，热处理的温度为320 240°C，时间持续2 10小时；(5)将(4)所得的产物于700 1000°C下进行碳化，碳化时间为I 6小时，得互通结构分级多孔成型碳。本发明的有益之处本发明主要是通过控制合成高聚物的结构来控制碳材料的结构。采用超浓乳液合成互通多孔成型聚苯こ烯，进而碳化制备互通多孔成型碳材料。此种方法制备的碳材料孔结构互相连通，孔径具有分级多孔结构，尺寸介于20 50 μ m，2 15 μ m和< lOOnm。孔径尺寸较大的孔结构，有利于电解液的滲透，孔径较小的尺寸，有利于提高与电解液的接触面积，孔与孔的相互连通结构，有利于其电极的动力学特性。
图I是实施例I所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图，图2是实施例3所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图，图3是实施例5所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图，图4是实施例7所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图，图5是实施例5所得到的互通结构分级多孔成型碳，测试所得的循环伏安曲线，图6是实施例5所得到的互通结构分级多孔成型碳，测试所得的恒流充放电曲线。
具体实施例方式本发明是互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其步骤为(I)将苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔剂，乳化剂混合，在40 60°C温度下搅拌均匀，得到连续相，然后滴加水溶液，滴加结束后继续反应5 20分钟；(2)将上述所得的乳液倒入任意形状的模具中，在50 70°C温度下进行恒温聚合反应，时间持续12 72小吋；(3)将⑵所得的样品在60°C进行干燥，时间持续24 48小时，得互通结构分级多孔成型聚苯こ烯；
(4)将(3)所得的互通结构分级多孔成型聚苯こ烯进行热处理，热处理的温度为320 240°C，时间持续2 10小时；(5)将⑷所得的产物于700 1000°C下进行碳化，碳化时间为I 6小时，得互通结构分级多孔成型碳。乳化剂在连续相中的浓度大于5 %。乳化剂为山梨糖醇酐油酸酷，或者山梨醇酐单月桂酸酷，或者以上所列乳化剂的混合物。致孔剂为甲苯，或者氯苯，或者ニ氯苯，或者I-氯-3-苯基丙烷。下面用更为具体的实施例进ー步展开本发明。实施例I首先向三ロ烧瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔剂甲苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水90mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig),完毕后继续反应10分钟,然后将乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒温反应48小时，60で真空干燥48小时后，于马弗炉中320°C热处理5小时后，700°C高温碳化2小吋。图I所示为实施例I所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图。实施例2首先向三ロ烧瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔剂氯苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig),完毕后继续反应10分钟,然后将乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒温反应48小时，60で真空干燥48小时后，于马弗炉中320°C热处理5小时后，900°C高温碳化3小时。实施例3首先向三ロ烧瓶中加入13mL(4mL苯こ烯，4mL ニこ烯基苯，5mL致孔剂甲苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酷，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水80mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig),完毕后继续反应10分钟,然后将乳液倒入聚四氟こ烯瓶中，600C恒温反应48小时，60で真空干燥48小时后，于马弗炉中320°C热处理5小时后，700°C高温碳化2小吋。图2所示为实施例3所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图。实施例4 首先向三口烧瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔剂二氯苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水80mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig)，完毕后继续反应10分钟，然后将乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒温反应48小时，60°C真空干燥48小时后，于马弗炉中280°C热处理8小时后，850°C高温碳化4小时。实施例5首先向三口烧瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔剂甲苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig),完毕后继续反应10分钟,然后将乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒温反应48小时，60°C真空干燥48小时后，于马弗炉中320°C热处理5小时后，700°C高温碳化2小时。图3所示为实施例5所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图。图5为实施例5所得到的互通分级多孔成型碳，测试所得的循环伏安曲线，沿箭头方向扫描速率依次为2. 5、5、10、20、30、40、50mV/s ;图6是实施例5所得到的互通结构分级多孔成型碳，测试所得的恒流充放电曲线，沿箭头方向电流密度依次为2. 5、5、10、20、30、40、50mA/cm2，右上角的插图为比容量与电流密度的关系。实施例6首先向三口烧瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔剂甲苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水85mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙lg)，完毕后继续反应lOmin，然后将乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，水浴60°C恒温反应48小时，60°C真空干燥48小时后，于马弗炉中240°C热处理10小时后，900°C高温碳化2小时。实施例7首先向三口烧瓶中加入13mL(4mL苯乙烯，4mL 二乙烯基苯，5mL致孔剂甲苯)有机相物质和3mL的乳化剂山梨糖醇酐油酸酯，55°C恒温搅拌形成均相溶液，逐滴滴加分散相水溶液(水75mL，过硫酸钾0. 2g，无水氯化钙Ig),完毕后继续反应10分钟,然后将乳液倒入聚四氟乙烯瓶中，600C恒温反应48小时，60°C真空干燥48小时后，于马弗炉中320°C热处理5小时后，700°C高温碳化2小时。图4所示为实施例7所得到的互通结构分级多孔成型碳的扫描电子显微镜图。
权利要求
1.互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其步骤为 (1)将苯こ烯，ニこ烯基苯，致孔剂，乳化剂混合，在40 60°C温度下搅拌均匀，得到连续相，然后滴加水溶液，滴加结束后继续反应5 20分钟； (2)将上述所得的乳液倒入任意形状的模具中，在50 70°C温度下进行恒温聚合反应，时间持续12 72小时； (3)将(2)所得的样品在60°C进行干燥，时间持续24 48小时，得互通结构分级多孔成型聚苯こ烯； (4)将(3)所得的互通结构分级多孔成型聚苯こ烯进行热处理，热处理的温度为320 240°C，时间持续2 10小时； (5)将(4)所得的产物于700 1000°C下进行碳化，碳化时间为I 6小时，得互通结构分级多孔成型碳。
2.根据权利要求I所述的互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其特征在于乳化剂在连续相中的浓度大于5%。
3.根据权利要求I所述的互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其特征在于乳化剂为山梨糖醇酐油酸酷，或者山梨醇酐单月桂酸酷，或者以上所列乳化剂的混合物。
4.根据权利要求I所述的互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，其特征在于致孔剂为甲苯，或者氯苯，或者ニ氯苯，或者I-氯-3-苯基丙烷。
全文摘要
互通结构分级多孔成型碳电极材料的制备方法，首先将苯乙烯，二乙烯基苯，致孔剂，乳化剂混合，在40～60℃温度下搅拌均匀，得到连续相，然后滴加水溶液，滴加结束后继续反应5～20分钟；然后将上述所得的乳液倒入任意形状的模具中，在50～70℃温度下进行恒温聚合反应，时间持续12～72小时；再次将所得的样品在60℃进行干燥，时间持续24～48小时，得互通结构分级多孔成型聚苯乙烯；然后将所得的互通结构分级多孔成型聚苯乙烯进行热处理，热处理的温度为320～240℃，时间持续2～10小时；最后将所得的产物于700～1000℃下进行碳化，碳化时间为1～6小时，得互通结构分级多孔成型碳。
文档编号C01B31/02GK102627269SQ20111036221
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者冉奋, 孔令斌, 康龙, 谭永涛 申请人:兰州理工大学