一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料及其制备方法和应用与流程

本申请涉及超级电容器，尤其是涉及一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高度石墨化的碳材料如碳纳米管(cnts)、纳米洋葱碳(cnos)、石墨烯(graphene)、碳纳米纤维(cnfs)等，均具有优异的导电性、化学稳定性、热稳定性及电化学循环稳定性，故而被广泛应用于超级电容器领域。现有技术中已经有不少关于将碳纳米管作为导电浆料原料，应用于电池正极材料中，利用碳纳米管的高分散性提升电池质量。但是与碳纳米管或石墨烯等一维及二维碳材料相比，纳米洋葱碳作为零维碳纳米材料，具有独特的结构和非常高的表面能，且相对容易分散，因此，将纳米洋葱碳应用于超级电容器电极材料中，不仅可以有效提升电池质量，还可有效改善其导电、散热及电化学稳定性。

2、现有技术中有以碳纳米洋葱导电浆料应用于超级电容器中，但是其正极浆料多采用有机溶剂，不仅在制备电池极片过程会面临安全问题，而且有机溶剂也极难回收。因此在一些领域抑制了碳纳米洋葱导电浆料的应用。

3、水基正极浆料由于没使用污染环境且难于回收的有机溶剂，在制备电池极片过程中具有环保安全、能源节约等优势，具有较大的应用价值和市场前景。但因纳米洋葱碳的强分子间相互作用，例如范德华力和p-堆积力，使它们在水中的溶解度较弱，这一现象在很大程度上限制了其在水基正极浆料中的应用。

技术实现思路

1、为了降低正极浆料的环境污染、提升正极浆料的导电性，本申请提供一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料及其制备方法和应用。

2、本申请提供的一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料及其制备方法和应用采用如下的技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)催化裂解：在氮气气氛中加入催化剂和甲烷，进行催化裂解反应，反应结束后得到纳米洋葱碳粗产品；

5、(2)除杂：将所述纳米洋葱碳粗产品放入酸液中搅拌，再经过水洗、干燥后得到纯净的纳米洋葱碳；

6、(3)纳米洋葱碳改性：向所述纯净的纳米洋葱碳中加入氧化酸混合液，再进行超声、干燥后，得到亲水性纳米洋葱碳；

7、(4)混料：将所述亲水性纳米洋葱碳与消泡剂、分散剂、悬浮增稠剂、去离子水作为原料组分，将各原料组分混合均匀得到亲水性纳米洋葱碳导电浆料；各原料组分按照重量比分别为：亲水性纳米洋葱碳6～10份、消泡剂0.3～1份、分散剂1～5份、悬浮增稠剂0.2～10份、去离子水80～90份。

8、通过甲烷裂解得到纳米洋葱碳，副产物为附加价值较高的氢气，极大的提高的甲烷的利用率；通过采用加热的氧化酸混合液对纳米洋葱碳进行改性，在纳米洋葱碳表面引入亲水基团，从而得到亲水性纳米洋葱碳，再使用亲水性纳米洋葱碳与消泡剂、分散剂、悬浮增稠剂、去离子水组成水性浆料，亲水性纳米洋葱碳能够溶于水性浆料中，分散性更好，从而能够很好的发挥纳米洋葱碳的导电性，提升散热性，且水性浆料更容易制备、成本较低，也更容易回收利用。

9、优选的，所述步骤(1)中，所述催化剂为nicual复合催化剂，所述nicual复合催化剂的制备方法为：将镍盐、铜盐按照重量比为(5～10)：1溶于去离子水中形成金属盐溶液，再向金属盐溶液中加入球形al2o3,搅拌1～5h，然后旋转真空，蒸发除水，在100～120℃下热烘8～10h，得到nicual复合催化剂；所述al2o3与铜盐的重量比为(5～10)：1。

10、通过本申请制备得到nicual复合催化剂能够更好的催化甲烷裂解，提升甲烷裂解的转化率，从而得到更多的纳米洋葱碳。

11、优选的，所述球形al2o3为100～150目过筛微粒；所述nicual复合催化剂的平均粒径为20～60nm。

12、优选的，所述nicual复合催化剂在每次使用前，先用总流量为30～100ml/min的混合还原气体原位还原nicual复合催化剂；所述混合还原气体由氢气和氮气按照体积比为(1～2)：1混合形成。

13、优选的，所述步骤(2)中，所述酸液为0.5～1.5mol/l盐酸、0.5～1.5mol/l硫酸、0.5～1.5mol/l硝酸的混合液。

14、优选的，所述步骤(2)中，所述干燥温度为60～80℃，所述干燥时间为6～12h。

15、优选的，所述步骤(3)中，所述氧化酸混合液由10～15mol/l的浓硫酸与10～15mol/l的浓硝酸按照体积比为1:1混合形成；所述氧化酸混合液的温度为50～60℃。

16、优选的，所述消泡剂为乙醇或异丙醇；所述分散剂为萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸酐聚合物的锂盐或萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸酐聚合物的钠盐；所述悬浮增稠剂为羧甲基纤维素钠或聚丙烯腈。

17、本发明的第二方面，提供一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料，由上述制备方法制得。

18、本发明的第三方面，将所述亲水性纳米洋葱碳导电浆料应用到水基超级电容器中。

19、将本申请亲水性纳米洋葱碳导电浆料应用到水基超级电容器中，能够有效提升超级电容器性能，其比容量、散热性以及循环寿命显著提高且电池极片过程中具有环保安全、能源节约、成本降低、效率提高的优势。

20、本申请具有以下有益技术效果：

21、1、本申请通过甲烷裂解得到纳米洋葱碳，副产物为附加价值较高的氢气，极大的提高的甲烷的利用率；通过采用加热的氧化酸混合液对纳米洋葱碳进行改性，在纳米洋葱碳表面引入亲水基团，从而得到亲水性纳米洋葱碳，再使用亲水性纳米洋葱碳与消泡剂、分散剂、悬浮增稠剂、去离子水组成水性浆料，亲水性纳米洋葱碳能够溶于水性浆料中，分散性更好，从而能够很好的发挥纳米洋葱碳的导电性，提升散热性，且水性浆料更容易制备、成本较低，也更容易回收利用。

22、2、通过本申请制备得到nicual复合催化剂能够更好的催化甲烷裂解，提升甲烷裂解的转化率，从而得到更多的纳米洋葱碳。

23、3、将本申请亲水性纳米洋葱碳导电浆料应用到水基超级电容器中，能够有效提升超级电容器性能，其比容量、散热性以及循环寿命显著提高且电池极片过程中具有环保安全、能源节约、成本降低、效率提高的优势。

技术特征：

1.一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述催化剂为nicual复合催化剂，所述nicual复合催化剂的制备方法为：将镍盐、铜盐按照重量比为(5～10)：1溶于去离子水中形成金属盐溶液，再向金属盐溶液中加入球形al2o3,搅拌1～5h，然后旋转真空，蒸发除水，在100～120℃下热烘8～10h，得到nicual复合催化剂；所述al2o3与铜盐的重量比为(5～10)：1。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述球形al2o3为100～150目过筛微粒；所述nicual复合催化剂的平均粒径为20～60nm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述nicual复合催化剂在每次使用前，先用总流量为30～100ml/min的混合还原气体原位还原nicual复合催化剂；所述混合还原气体由氢气和氮气按照体积比为(1～2)：1混合形成。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述酸液为0.5～1.5mol/l盐酸、0.5～1.5mol/l硫酸、0.5～1.5mol/l硝酸的混合液。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述干燥温度为60～80℃，所述干燥时间为6～12h。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述氧化酸混合液由10～15mol/l的浓硫酸与10～15mol/l的浓硝酸按照体积比为1:1混合形成；所述氧化酸混合液的温度为50～60℃。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为乙醇或异丙醇；所述分散剂为萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸酐聚合物的锂盐或萘磺酸-苯乙烯磺酸-马来酸酐聚合物的钠盐；所述悬浮增稠剂为羧甲基纤维素钠或聚丙烯腈。

9.一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料，其特征在于，所述亲水性纳米洋葱碳导电浆料如权利要求1～8中任一项所述制备方法制得。

10.如权利要求9所述的亲水性纳米洋葱碳导电浆料的应用，其特征在于，将所述亲水性纳米洋葱碳导电浆料应用到水基超级电容器中。

技术总结
本申请涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种亲水性纳米洋葱碳导电浆料及其制备方法和应用，包括以下步骤：(1)催化裂解：在氮气气氛中加入催化剂和甲烷，进行催化裂解反应，反应结束后得到纳米洋葱碳粗产品；(2)除杂：将所述纳米洋葱碳粗产品放入酸液中搅拌，再经过水洗、干燥后得到纯净的纳米洋葱碳；(3)纳米洋葱碳改性：向所述纯净的纳米洋葱碳中加入氧化酸混合液，再进行超声、干燥后，得到亲水性纳米洋葱碳；(4)混料：将各原料组分混合均匀得到亲水性纳米洋葱碳导电浆料。本申请制备的亲水性纳米洋葱碳导电浆料能够降低正极浆料的环境污染、提升正极浆料的导电性。

技术研发人员：童裳慧
受保护的技术使用者：中晶城康资源再生利用技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14