[發明專利]一種超級電容器納米硅碳復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310275030.9
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103346026A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張燕萍;趙志國;曹德明;陳鑫;陳志明
• 申請（專利權）人: 上海利物盛工貿有限公司
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 上海東創專利代理事務所(普通合伙) 31245
• 代理人: 寧芝華

技術領域

本發明涉及一種超級電容器納米硅碳復合電極材料的制備方法，屬于電化學電容器技術領域。

背景技術

超級電容器作為新型儲能器件，填補了傳統電容器與電池之間比能量與比功率的空白，具有能量和功率密度高、充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。

電極作為超級電容器重要的組成部分之一，目前對電極材料的研究可以分為四個方面：碳材料、金屬或金屬氧化物、導電聚合物、復合材料。碳材料由于其比表面積大、化學穩定性好等特點，在超級電容器中常用作電極用以形成雙電層電容；金屬氧化物與導電聚合物材料則能產生法拉第準電容。然而，由于在使用過程中，導電聚合物（如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯等）會發生降解、分子鏈發生坍塌，導致材料活性降低，因此很大程度上影響電容性能，其循環壽命都不長(參考文獻：[1]Y.Shan,L.Gao.Formation?and?characterization?of?multi-walled?carbon?nanotubes/Co₃O₄nanocomposites?for?supercapacitors[J].Materials?Chemistry?and?Physics,2007,103(2-3):206-210.[2]G.Arabale,D.Wagh,M.Kulkarni,I.S.Mulla,S.P.Vernekar,K.Vijayamohanan,A.M.Rao.Enhanced?supercapacitance?of?multiwalled?carbon?nanotubes?functionalized?with?ruthenium?oxide[J].Chemical?Physics?Letters,2003,376(1-2):207-213.)金屬或金屬氧化物如RuO₂、NiO_x、IrO₂等，其中大多數的充放電效率低或價格昂貴，因此其應用前景受限制（參考文獻：[3]B.J.Lee,S.R.Sivakkumar,J.M.Ko,J.H.Kim,S.M.Jo,D.Y.Kim.Carbon?nanofibre/hydrous?RuO₂nanocomposite?electrodes?for?supercapacitors[J].Journal?of?Power?Sources,2007,168(2):546-552.）因此，如今很多研究者致力于開發新型納米復合電極材料，利用不同組分間的協同效應和電化學性質上的優勢來提高超級電容器整體性能。

碳納米管和石墨烯作為新型納米碳材料，由于其獨特的一維和二維層狀晶格結構，使其具有高比表面積和電子遷移率、化學和機械穩定性優異，有望作為超級電容器電極材料并獲得廣泛應用。此外，硅納米材料具有良好的電學和光學性能，在半導體光電集成、光電轉換和信息存儲等領域有著廣闊的應用前景，是納米材料領域中最熱門的研究課題之一。

通過納米單質硅與納米碳材料復合，不僅可有效增強與集流體間的導電接觸，提升吸收和儲存電解液能力，并改善電極抵抗破壞的能力，而且其三維網絡結構在離子反復吸附/脫附中不易崩塌，協同兩種材料的儲能能力得以充分發揮，從而更好地提高超級電容器比容量和循環穩定性。

發明內容

本發明公開了一種超級電容器納米硅碳復合電極材料的制備方法，其目的在于現有技術中碳、金屬或金屬氧化物、導電聚合物等作為電極存在著容量和充放電效率低、循環壽命不長和價格昂貴等問題。因此，本發明的目的是為了克服現有技術的不足，以納米碳硅復合材料作為電極來提高超級電容器的電化學性能。

本發明技術方案是這樣實現的：

一種超級電容器納米硅碳復合電極材料的制備方法，其包括納米硅、納米碳及復合電極材料的制備方法，其特征在于：所述的納米硅為納米單質硅球或顆粒；所述的納米碳包括碳納米管或石墨烯；

A)納米硅的制備方法，具體包括球磨法或濺射沉積法或化學氣相沉積法，制備所得納米硅直徑為10～100nm；

B)碳納米管的制備方法是采用化學氣相沉積法或弧光放電法或激光燒灼法；

C)石墨烯的制備方法是采用改良Hummers方法和水合肼還原方法或微波加熱還原方法制備所得；

D)制備納米硅碳復合電極材料采用超聲霧化熱沉積法，其具體過程包括：