[發明專利]一種基于泡沫鎳的超級電容器電極的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 201310146410.2
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103258656A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 王帥;張哲野;肖菲
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/56
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于超級電容器技術領域，更具體地，涉及一種基于泡沫鎳的超級電容器電極的制備方法及其產品。

背景技術

超級電容器是一種性能介于電池與傳統電容器之間的高能、綠色儲能器件，由于它具有功率密度高、充放電速度快、循環壽命長和工作溫度范圍寬等優點，因而在電動汽車、通訊、電子消費等多個領域獲得了廣泛的應用。根據儲能機理的不同，超級電容器可分為雙電層電容器和法拉第準電容器，其中雙電層電容器是利用電極與電解質之間形成的界面雙電層電容來存儲能量，法拉第準電容器是在電極表面或體相中的二維或準二維空間上，由電極活性物質進行欠電位沉積，使其通過法拉第電荷轉移反應來進行能量儲存。此外，為了同時獲得較高的能量密度和功率密度，已經設計出一種綜合以上兩類超級電容器優點的新型超級電容器也即非對稱型超級電容器，該非對稱型超級電容器的一極采用雙電層電極，另一極采用法拉第準電容電極。

決定上述超級電容器性能的關鍵因素之一在于其采用的電極材料。目前雙電層電容器的電極通常采用高比表面積的多孔炭材料及其復合物，法拉第準電容器的電極材料通常采用金屬氧化物或導電聚合物。例如，CN200910243306.9中公開了一種多孔炭超級電容器電極材料及其制備方法，其中通過采用氯化鋅作為模板劑和催化劑、果糖作為前驅體，將其溶于去離子水后油浴攪拌，然后在保護氣氛下煅燒由此獲得多孔炭超級電容器材料；CN200710074617.8中公開了一種基于法拉第贗電容的C/V₂O₅超級電容器薄膜電極的制備方法，其中以金屬釩和雙氧水為原理，先通過液相反應法制備釩溶膠，然后在加入導電碳材料攪拌均勻，最終通過提拉法在不銹鋼箔表面上形成C/V₂O₅超級電容器薄膜電極。

對于非對稱型超級電容器而言，其電極體系主要包括炭材料/金屬氧化物體系、導電聚合物/炭材料體系以及鋰鈦氧化合物/活性炭（AC）體系等。其中對炭材料/金屬氧化物體系而言，最為典型的例子是正極采用RuO₂，負極采用活性炭，電解液采用H₂SO₄，所制得的混合型超級電容器的比容量可達770F/g，比能量達到2617Wh/kg。但是由于釕的成本昂貴，使得應用受到了較大限制，為此，合成RuO₂與其他金屬氧化物的復合材料以減少RuO₂的用量、或是尋找其他金屬氧化物替換稀有貴金屬等成為了近年來的研究熱點所在。例如，CN200910113946.8中公開了一種混合超級電容器及其制造方法，其中正極采用電雙層電容器用碳材料，其與石墨粉混合后加入聚四氟乙烯乳液然后充填于泡沫鎳中；負極采用儲氫合金片、具有準電容特性的氧化鎳或二氧化錳，或者碳材料與氧化鎳或二氧化錳制成的復合材料，以此方式組裝即得混合超級電容器。此外，CN201210142685.4中公開了一種二氧化錳非對稱超級電容器及其制備方法，其中將二氧化錳或二氧化錳/活性炭復合材料作為正極活性物質，將瀝青基活性炭、活性碳纖維、碳納米管或石墨烯中的一種作為負極活性物質，然后將其分別摻入導電極、粘結劑后涂覆在泡沫鎳上由此制成正負極。

然而，研究表明，目前在制備超級電容器電極的過程中往往需要摻入乙炔黑或導電石墨作為導電劑，同時摻入聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或類似材料作為粘結劑，這樣不僅使得制備工藝復雜化，成本變高，而且還會影響到電極材料自身的性能；另一方面，隨著電動汽車和混合電動車的興起，在保持超級電容器大功率、長壽命的前提下，提高能量密度正成為目前超級電容器的研究熱點。為了獲得綜合性能更為優良的超級電容器，滿足新技術和新領域對其日益提高的應用要求，尋找性能良好的其他復合材料來替代上述電極材料，正成為相關領域亟需解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于泡沫鎳的超級電容器電極的制備方法及其產品，其目的在于通過對電極材料的復合類型進行設計，能夠充分發揮這些材料各自的高比電容特征，進一步提高超級電容器的能量密度；此外，通過采用水系電解質組裝的方式，可以避免各種組劑的使用，相應能夠以便于操控、低成本、低能耗的方式制得電極及超級電容器產品，同時具備綠色環保和適于大批量工業化生產等特點。

按照本發明的第一方面，提供了一種基于泡沫鎳的非對稱超級電容器電極的制備方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：