[發明專利]一種超級電容器和電池復合正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201110240942.3
• 申請日: 2011-08-22
• 公開（公告）號: CN102426926A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 邵光杰;秦秀娟
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01M4/04
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明涉及一種電極材料的制備方法。

背景技術

現已知，活性電極材料是決定超級電容器或電池性能的主要因素之一，在各種超級電容器的活性物質中，具有高比表面積的納米二氧化錳和氫氧化鎳（以及將氫氧化鎳熱處理制備的氧化鎳，下同）作為超級電容器正極材料，用于替代活性炭和貴金屬氧化物引起人們的廣泛重視，具有極大的發展潛力。

二氧化錳、氫氧化鎳均是一種半導體材料，其禁帶寬，電子導電性差，所以在材料內部復合一定量的納米碳材料支持其工作是十分必要的，這些納米碳材料自身具有一定的雙電層電容，其更重要的作用是為二氧化錳和氫氧化鎳的電化學反應提供電子導電性，能夠使二氧化錳和氫氧化鎳材料從結構到綜合性能均得到顯著提高。

二氧化錳/碳、氫氧化鎳/碳復合材料的制備技術及其在超級電容器中的應用是當前國內外納米材料化學領域的熱點問題。現有文獻報道的研究工作，基本是采用化學法在碳納米管、石墨烯、活性炭等納米碳材料的表面沉積一定量的二氧化錳或氫氧化鎳。所制備的復合材料存在納米碳在過渡金屬氧化物中分布不均勻，過渡金屬氧化物與納米碳材料的接觸不夠緊密的問題，而且復合材料中的微孔均勻性和可控性差，導致其性能也有待提高，無法滿足人們的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種可使納米碳材料在過渡金屬氧化物中分布均勻、有利于電解液中離子導電和液相傳質并能顯著提高復合正極材料的電化學性能的超級電容器和電池的復合正極材料的制備方法。本發明主要是采用超重力電沉積的方法制備過渡金屬氧化物/碳復合材料。

本發明的技術方案如下：

一、制備裝置

本發明的裝置主要由貯液槽、旋轉桶、電機和循環泵組成，在貯液槽內上部設有一個圓柱形殼體狀旋轉桶，作為超重力反應器，該旋轉桶采用耐腐蝕的金屬材料制成，桶內與電解液接觸的內壁最好設有控制流體流動方向的導流板，最好在桶內壁鍍覆鉑等催化鍍層，作為電化學反應的電極。最好在旋轉桶內另設一個便于清洗的金屬內筒，將鉑鍍層鍍覆在該金屬內筒的內壁。上述旋轉桶的一個端面設有縮徑，其與貯液槽外的電動機水平轉軸密封連接，以便由電動機帶動其旋轉；旋轉桶另一個端面設中心通孔，該中心通孔內插有一根開口設在旋轉桶內的水平進液管，該固定不動的進液管，其另一端伸出貯液槽外與循環泵出液口連接，該循環泵的進液口與貯液槽底部出液管相連。在上述貯液槽內設有加熱機構和溫度顯示機構。另有直流電源或脈沖電源與電流表串聯，構成的電源組件。

二、制備方法

（1）將電源組件與旋轉桶和進液管連接組成電路，當制備二氧化錳/碳時，旋轉桶的內壁與電源正極相連，進液管與電源負極相連；當制備氫氧化鎳/碳時則反之，旋轉桶的內壁與電源負極相連，進液管與電源正極相連。

（2）上述貯液槽內裝有電解液，其可以是二價錳離子的可溶性鹽溶液，所述二價錳離子的鹽溶液可以是硫酸錳、醋酸錳中的任意一種或兩種溶液的混合；該電解液還可以是二價鎳離子的可溶性鹽溶液，所述二價鎳離子的鹽溶液可以是硝酸鎳、硫酸鎳、醋酸鎳、氨基磺酸鎳中的任意一種或多種溶液的混合。上述電解液的濃度為0.05mol/dm³~4.5mol/dm³。在該電解液中添加0~100g/dm³的納米碳材料，所述納米碳材料可以是碳納米管、石墨烯、活性炭、乙炔黑、納米石墨粉或碳氣凝膠。

（3）開啟直流或脈沖電源向旋轉桶內壁上輸出的電流密度為0.5mA/cm²～500mA/cm²，并且在溫度15℃~90℃條件下進行電沉積。電沉積裝置產生的超重力場強度以地球表面重力場強度的倍數表示。計算公式如下：超重力場強度=[(2πn/60)²×R/?g]g。其中，n為旋轉桶每分鐘轉速，R為旋轉桶內壁半徑，單位為米，g為地球表面重力加速度，其數值為9.8米/秒²。調節旋轉桶的轉速和直徑，將超重力場強度控制在1g-1000g（（g=9.8m·s^-2））范圍內。

（4）根據電沉積條件的不同，電沉積形成的電沉積產物存在形式也不同：

ａ、懸浮在電解液中，則電沉積過程可連續進行，電沉積產物可通過過濾裝置收集、清洗并烘干備用；

ｂ、附著在旋轉桶內壁電極上，則在電沉積一定時間（一般為1~5小時）后停機，將制得的電沉積產物刮下、清洗并烘干備用。

（5）將所制得的過渡金屬氧化物/碳復合材料摻入5-15wt%的乙炔黑，壓片制成超級電容器或電池的正極。