[發明專利]碳復合金屬氮化物電極材料及非對稱電化學超級電容器

有效

• 申請號: 201010104003.1
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101728085A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 崔光磊;韓鵬獻;劉志宏;陳驍;王海波
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058;H01G9/155;H01G9/038;H01G9/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種高能量密度碳復合金屬氮化物電極材料。

本發明還涉及上述碳復合金屬氮化物電極材料在制備非對稱電化學 超級電容器中的應用。

背景技術

隨著社會經濟的發展，人們對于綠色能源和生態環境越來越關注，電 化學超級電容器以其高容量、高功率、長壽命、成本低廉、安全環保等諸 多優點，成為本世紀市場前景最好的新型環保儲能器，可廣泛用于在信息、 電子、能源、環境、交通和軍工等領域，在節能環保日益成為主題的今天， 它的應用越來越引起世界各國的重視。

國外發達國家高度重視電化學超級電容器研究和開發，其目標是制備 高工作電壓、高比能量和/或高比容率的電極材料，進而制備超大功率、超 高容量可用于動力用途的大型超級電容器。以活性炭為代表的碳基電化學 超級電容器在國內外已經實現商品化，但仍然存在單體工作電壓低下 (1-2.7V左右)、能量密度低下(2-5Wh/kg)等缺點，限制了其在高端領 域的應用。

為了提高炭材料的比電容，中國專利CN101221854A、CN1402272、 CN1404082A等采用活性炭負載MxOy(M代表Ni、Co、Mn、Al、Zn等) 以及中國專利CN1482634負載鉛類化合物，但是這些材料均用在水性電 解液體系中，能量密度低下。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高能量密度碳復合金屬氮化物電極材料。

本發明的又一目的在于應用上述碳復合金屬氮化物電極材料制備非 對稱電化學超級電容器。

為實現上述目的，本發明提供的用于非對稱型電化學超級電容器的碳 復合金屬氮化物電極材料，化學通式為MeN/C，其中Me為金屬有機化合 物，是鈦、釩、鉻、鐵、錳、鎂、鉬有機化合物中的一種或多種混合物， N、C分別為氮和碳，金屬與氮化碳的重量比為1∶1-3∶1，由下述制備步驟 得到：

1)將一種或多種金屬有機化合物溶于乙醇中；

2)向步驟1溶液中加入介孔氮化碳，振蕩之后減壓處理，使得孔內 空氣充分釋放出來；

3)將步驟2中的混合物進行抽濾，干燥；

4)步驟3得到的混合物在惰性氣體保護下，升溫至600-1000℃處理 3-10小時，自然降溫，得到碳復合金屬氮化物的電極材料；

其中，步驟2是用超聲振蕩處理。

其中，步驟4是以1-10℃/分鐘速率升溫。

本發明提供的利用上述電極材料制備非對稱型電化學超級電容器的 方法，主要步驟為：

1)活性炭材料的正極制備

將市售活性炭∶導電劑∶粘結劑按重量比100∶5-10∶5-10混合均勻，將其 涂布在鋁箔上，烘干壓實，沖成圓片狀極片；

2)碳復合金屬氮化物材料的負極制備

將碳復合金屬氮化物材料∶導電劑∶粘結劑按重量比100∶5-10∶5-10混合 均勻，涂覆在銅箔上，烘干壓實，沖成圓片狀極片；

3)步驟1制備的極片為正極，步驟2制備的極片為負極，中間用隔 膜隔開，注入有機體系電解液組裝成扣式電化學超級電容器。

其中，導電劑為炭黑、石墨或石墨化碳纖維。

其中，粘結劑為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧基丁苯膠乳或羧甲基纖 維素鈉。

其中，隔膜為單層聚丙烯、單層聚乙烯或多層聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯 復合膜。

其中，有機體系電解液中：電解質陽離子為Li⁺或K⁺；陰離子是六氟 磷酸根、四氟硼酸根、三氟甲磺酸根或高氯酸根；有機溶劑為碳酸二甲酯、 碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸甲丙酯、1，2- 二甲氧基乙烷或1，4-丁內酯。

本發明的碳復合金屬氮化物電極材料，其成分即具有良好的電子導電 性，也表現出優異的電容性質，在用于非對稱型電化學超級電容器的負極 時，依靠離子嵌入儲存能量，而正極活性炭材料以其高比表面積吸附電荷 儲存能量，將普通的雙電層電容器有機體系下的工作電壓從2.7V提高到 4V，克服了普通雙電層電容器工作電壓低下，從而造成能量密度低下的缺 點。

附圖說明

圖1是本發明碳復合金屬氮化物電極材料的X射線衍射圖。

圖2a是實施例1制備的碳復合金屬氮化物電極材料的透射電子顯微 鏡圖。