[發明專利]一種復合電極材料

有效

• 申請號: 201210163771.3
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102664106A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 高利珍;王孝;張衛珂;梁翼紅;張敏
• 申請（專利權）人: 山西迪諾科技有限公司
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

????本發明涉及超級電容器的電極材料領域，具體是一種復合電極材料。

背景技術

超級電容器是一種新型電容器，又叫做雙電層電容器、法拉電容，在儲能過程中不發生化學反應，是一種綠色能源。超級電容器的容量產生是靠離子導電形成的雙電荷層實現的，在很小的體積下達到法拉級的容量。與電池相比，無須特別的充電電路和控制放電電路，過充、過放都不對其壽命構成負面影響，充放電次數可達50萬次，內阻較小，功率密度是鋰離子電池的數十倍以上，可以大電流放電。且超級電容器在其額定電壓范圍內可以被充電至任意電位，且可以完全放電（放電至0V）；而電池則受自身化學反應限制工作在較窄的電壓范圍（U~1/2U），如果過放可能造成永久性破壞。超級電容器產品雖然問世不久，但由于它具有特殊的優點，在汽車(特別是電動汽車、混合燃料汽車和特殊載重車輛)、電力、鐵路、通信、國防、消費性電子產品等方面有著巨大的應用價值和市場潛力，因而被世界各國所廣泛關注，其前景是非常廣闊。

超級電容器最關鍵的技術就是電極材料，電極材料的優劣直接決定超級電容器的性能。超級電容器的電極材料要求大表面積（面積越大，其電容量越大）、導電性好。目前超級電容器的電極材料的原料大多采用經過改性的多孔炭材料，常見的多孔炭材料有活性炭、碳納米管、石墨烯。但是活性炭雖然表面積大，孔體積也大，但2nm以下的空隙幾乎對超級電容器沒有貢獻，導電性較差；碳納米管導電性好，孔徑大多都大于2nm，按道理來說，應該是很好的超級電容器的電極材料，但碳納米管的長徑比太大，電解液難以進入管中；石墨烯具有較大的表面積，導電性也很好，但在溶液中容易團聚。為防止石墨烯團聚，若有部分碳納米管混合阻隔，并造成二級孔徑，會大大提高電容量，也能增強機械強度。目前，碳納米管/石墨烯的復合電極材料的制備只是采用單純的機械混合，然后將碳納米管與石墨烯的復合材料加入導電膠壓到金屬表面，但是此電極材料存在諸多缺陷：一、單純的機械混合不會將碳納米管與石墨烯混合的很均勻；二、混合物壓到金屬表面時，碳納米管與石墨烯易抱團，壓入不均勻，效果很差；三、由于導電膠的加入，電極的單位重量比電容減小；四、電解液易腐蝕金屬。

發明內容

????本發明為了解決上述技術問題，提供了一種復合電極材料。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種復合電極材料，所述的電極材料的制備方法為：（1）不銹鋼片的表面處理：去除不銹鋼片表面的鈍化膜；（2）氣相沉積法制備碳納米管和石墨烯：將步驟（1）處理后的不銹鋼片置于石英管內，然后將石英管置于管式爐內，保護氣體氛圍下爐內加熱至600～800℃，然后以10～80ml/min的流速向管式爐內通入還原性氣體，保溫（保持爐內溫度為600～800℃）且還原性氣體還原1～5h；調節管式爐內的溫度為600～1000℃，然后以10～100ml/min的流速向管式爐內通入碳源氣體，保溫（保持爐內溫度為600～1000℃）且通入碳源氣體的時間為2～20h，隨后在保護氣體氛圍下冷卻至室溫，得到包覆有黑色納米碳層的不銹鋼片——復合電極材料，所述的黑色納米碳層為碳納米管/石墨烯的復合材料。所述的不銹鋼片為含有鉻（Cr）、鎳（Ni）、鐵（Fe）等合金元素的不銹鋼。本發明所述的保護氣體、還原性氣體、碳源氣體為本領域技術人員的公知常識。

所述的步驟（1）去除不銹鋼片表面的鈍化膜有很多公知的方法，最典型的常見的方法為溶液化學方法處理，即將裁減好的不銹鋼片浸泡于鹽酸或硝酸中處理一段時間，隨后蒸餾水清洗，烘干。本發明所述的去除不銹鋼片表面的鈍化膜另一種方法為：將剪裁好的不銹鋼片置于管式爐內，保護氣體氛圍下爐內加熱至400～800℃，然后保護氣體作為載體以20～100ml/min的流速將水蒸汽鼓泡帶入管式爐內，帶入水蒸汽的時間為0.5～1h，隨后在保護氣體氛圍下冷卻至室溫。所述的水蒸汽鼓泡帶入指鼓泡器放入達到沸點的水中，保護氣體通入鼓泡器，帶出沸水中的水蒸汽。由于載體（保護氣體）的流速決定了水蒸汽的流量，通過控制保護氣體的流速就可控制水蒸汽的流量。此方法較典型的溶液化學方法的好處為：不僅可以有效的去除不銹鋼片表面的鈍化膜，而且經過上述的方法，不銹鋼片表面可生成晶須狀的氧化亞鐵、氫氧化亞鐵、氧化鎳的復合材料，晶須狀的復合材料可使不銹鋼片的比表面積由0.1m²/g增大到30m²/g。