一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料及其制备方法，该材料包括以下组分：介孔二氧化硅、硬脂酸、聚乙二醇、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维、马来酸、阳离子表面活性剂、亚麻籽油。将介孔二氧化硅、聚乙二醇和马来酸混合水浴加热，真空干燥，备用；将硬脂酸、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维混合投入管式炉中，升温后，保温,待自然冷却后，加入阳离子表面活性剂和亚麻籽油搅拌均匀挤出母粒；采用直流磁控溅射方法，完成复合电极材料的制备。该复合铜电极材料以介孔二氧化硅为载体，通过磁控溅射方法附着于载体上，可重复使用，且导热性好，适应外界环境能力强。

说明书

技术领域

本发明属于铜电极制备技术领域，具体涉及一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，能源短缺、环境恶化等一系列问题，既需要一种环保工作效率高的新型储能系统。在众多新型储能系统中，现在常用的电极材料为活性炭、碳纳米管、石墨烯氧化镍、氧化锰、氧化钴等，导电性和循环稳定性都有一定缺陷，因此，需要研发一种导电性和循环稳定性综合功能更好的电极材料。现有的电极材料多以铜和银为主，不仅成本高，且使用寿命短，且用于热敏电阻上易出现元素迁移。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料及其制备方法，该复合铜电极材料以介孔二氧化硅为载体，通过磁控溅射方法附着于载体上，可重复使用，且导热性好，适应外界环境能力强。

一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料，包括以下按重量份数计的组分：介孔二氧化硅40-65份、硬脂酸45-58份、聚乙二醇12-48份、聚硅氧烷23-29份、聚醚砜12-48份、纳米铜34-58份、泡沫铜10-28份、氧化铜1-8份、纳米碳纤维1-8份、马来酸23-47份、阳离子表面活性剂1-4份、亚麻籽油1-5份。

作为改进的是，上述基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料，包括以下按重量份数计的组分：介孔二氧化硅55份、硬脂酸52份、聚乙二醇35份、聚硅氧烷28份、聚醚砜32份、纳米铜42份、泡沫铜20份、氧化铜6份、纳米碳纤维5份、马来酸32份、阳离子表面活性剂3份、亚麻籽油4份。

作为改进的是，所述阳离子表面活性剂为丙烯酰胺基甲基丙磺酸。

上述基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照需要称取各组分；

步骤2，将介孔二氧化硅、聚乙二醇和马来酸混合水浴加热至70-80℃后，真空干燥，备用；

步骤3，将硬脂酸、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维混合投入管式炉中，升温至500-800℃后，保温10-15min,待自然冷却至40-50℃时，加入阳离子表面活性剂和亚麻籽油搅拌均匀，在投入挤出机中挤出母粒；

步骤4，采用直流磁控溅射方法，将母粒置于真空室靶台上，抽真空后，调节靶台与步骤1处理过的介孔二氧化硅的间距为1-3cm，溅射完成后，室温下自然干燥即可。

作为改进的是，步骤4中直流磁控溅射时离子源的输出功率为300-500W。

作为改进的是，步骤4中溅射速率为0.12-0.18W/cm²。

与现有技术相比，本发明基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料采用层状结构制备，所得电极导电性能好，导热系数高，且稳定性强，不易出现元素迁移，另外，层状结构的电极即使在使用过程中出现损坏，易于修补，可重复使用，降低生产成本。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。

实施例1

一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料，包括以下按重量份数计的组分：介孔二氧化硅40份、硬脂酸45份、聚乙二醇12份、聚硅氧烷23份、聚醚砜12份、纳米铜34份、泡沫铜10份、氧化铜1份、纳米碳纤维1份、马来酸23份、阳离子表面活性剂1-4份、亚麻籽油1份。

所述阳离子表面活性剂为丙烯酰胺基甲基丙磺酸。

上述基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照需要称取各组分；

步骤2，将介孔二氧化硅、聚乙二醇和马来酸混合水浴加热至80℃后，真空干燥，备用；

步骤3，将硬脂酸、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维混合投入管式炉中，升温至500℃后，保温10min,待自然冷却至50℃时，加入阳离子表面活性剂和亚麻籽油搅拌均匀，在投入挤出机中挤出母粒；

步骤4，采用直流磁控溅射方法，将母粒置于真空室靶台上，抽真空后，调节靶台与步骤1处理过的介孔二氧化硅的间距为1-3cm，溅射完成后，室温下自然干燥即可。

其中，步骤4中直流磁控溅射时离子源的输出功率为300W。

步骤4中溅射速率为0.12W/cm²。

实施例1的基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的等效串联电阻为1.0Ω，适应外界环境温度能力强，且循环稳定性优，经过1800次循环后电容值保留为原料的128％。

实施例2

一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料，包括以下按重量份数计的组分：介孔二氧化硅55份、硬脂酸52份、聚乙二醇35份、聚硅氧烷28份、聚醚砜32份、纳米铜42份、泡沫铜20份、氧化铜6份、纳米碳纤维5份、马来酸32份、阳离子表面活性剂3份、亚麻籽油4份。

所述阳离子表面活性剂为丙烯酰胺基甲基丙磺酸。

上述基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照需要称取各组分；

步骤2，将介孔二氧化硅、聚乙二醇和马来酸混合水浴加热至75℃后，真空干燥，备用；

步骤3，将硬脂酸、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维混合投入管式炉中，升温至600℃后，保温12min,待自然冷却至42℃时，加入阳离子表面活性剂和亚麻籽油搅拌均匀，在投入挤出机中挤出母粒；

步骤4，采用直流磁控溅射方法，将母粒置于真空室靶台上，抽真空后，调节靶台与步骤1处理过的介孔二氧化硅的间距为2cm，溅射完成后，室温下自然干燥即可。

其中，步骤4中直流磁控溅射时离子源的输出功率为400W。

步骤4中溅射速率为0.15W/cm²。

实施例2的基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的等效串联电阻为0.8Ω，且循环稳定性优，经过1800次循环后电容值保留为原料的145％。

实施例3

一种基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料，包括以下按重量份数计的组分：介孔二氧化硅40-65份、硬脂酸45-58份、聚乙二醇12-48份、聚硅氧烷23-29份、聚醚砜12-48份、纳米铜34-58份、泡沫铜10-28份、氧化铜1-8份、纳米碳纤维1-8份、马来酸23-47份、阳离子表面活性剂1-4份、亚麻籽油1-5份。

所述阳离子表面活性剂为丙烯酰胺基甲基丙磺酸。

上述基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照需要称取各组分；

步骤2，将介孔二氧化硅、聚乙二醇和马来酸混合水浴加热至80℃后，真空干燥，备用；

步骤3，将硬脂酸、聚硅氧烷、聚醚砜、纳米铜、泡沫铜、氧化铜、纳米碳纤维混合投入管式炉中，升温至800℃后，保温15min,待自然冷却至50℃时，加入阳离子表面活性剂和亚麻籽油搅拌均匀，在投入挤出机中挤出母粒；

步骤4，采用直流磁控溅射方法，将母粒置于真空室靶台上，抽真空后，调节靶台与步骤1处理过的介孔二氧化硅的间距为1-3cm，溅射完成后，室温下自然干燥即可。

步骤4中直流磁控溅射时离子源的输出功率为500W。

步骤4中溅射速率为0.18W/cm²。

实施例3的基于介孔二氧化硅的复合铜电极材料的等效串联电阻为1.2Ω，且循环稳定性优，经过1800次循环后电容值保留为原料的135％。

另外，本发明不限于上述实施方式，只要在不超出本发明的范围内，可以采取各种方式实施本发明。