[發明專利]柔性混合超級電容器電極的制備方法

有效

• 申請號: 201410359480.0
• 申請日: 2014-07-26
• 公開（公告）號: CN104201004B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 蔡克迪;葛芳;鐘克利;姜海靜;吳昊;張亮;劉凡;武云雍;郎笑石;蒲薇華
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明屬于超級電容器電極制備領域，特別涉及一種柔性混合超級電容器電極的制備方法。

背景技術

超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能裝置。超級電容器與傳統電容器相比，它具有容量大、功率密度高、工作溫度范圍寬和使用壽命長的特點，但超級電容器的能量密度與傳統電池相比要低很多，改善超級電容器體系的能量密度成為超級電容器的關鍵。

超級電容器材料組成的混合體系，即采用具有氧化還原活性的材料與活性炭組成混合超級電容器，如活性炭/石墨，活性炭/金屬氧化物以及活性炭/聚合物，都是通過改善材料電化學性能或提高電極電壓，來提高電容器的能量密度。而這種混合超級電容器在充放電過程中正負極的儲能機理不同，因此具有超級電容器和電池的雙重特征。

金屬氧化物基混合超級電容器主要制備方式是將金屬氧化物與碳材料混合，采用涂覆的方式制成電極，使金屬氧化物很好地分散在碳材料上。目前該方法制備的混合超級電容器復合材料RuO₂/CNT（碳納米管），具有很好的電化學性能，其比容量高達953 F/g，功率密度為5000 kW/kg，能量密度為16.8 Wh/kg。但是金屬釕價格高昂，很大程度上阻礙了RuO₂ 作為超級電容器電極材料的進一步應用。而其它的金屬氧化物雖然相對廉價，存在以下問題：一是在充放電的過程中，金屬氧化物容易溶解在電解液中；二是在充放電的過程中，金屬氧化物的體積容易發生改變，破壞了之前優良的結構，導致超級電容的充放電穩定性不好，壽命不長。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種原料易得、成本低廉，充放電穩定性好，使用壽命長，具有良好的電化學性能的柔性超級電容器電極的制備方法。

一種柔性混合超級電容器電極的制備方法，其步驟如下：

步驟一：將分散劑和去離子水按照質量比1:1～1:1.2混合并攪拌15 min～30min，然后加入導電劑進行預混15min～20min，倒入攪拌器中攪拌25 min～30 min，所述導電劑與分散劑的質量比為1:0.18～1:0.2；然后加入質量分數為2%～3%的羥甲基纖維素溶液，攪拌25min～30 min，所述導電劑與羥甲基纖維素溶液的質量比為1:0.2～1:0.3；按照導電劑與活性碳的質量比為1:7.8～1:8向攪拌器內繼續加入活性炭攪拌12h～16 h后，按照導電劑與粘結劑的質量比為1:0. 8～1:1加入粘結劑攪拌12h～16 h，得到碳材料電極活性物質；

步驟二：將步驟一中制得的碳材料電極活性物質注入噴墨打印機的墨盒中，采用噴墨打印方式將碳材料電極活性物質在鎳箔的正反兩個面上分別噴涂碳材料電極活性物質層；

步驟三：將制經噴涂碳材料電極活性物質層的金屬箔放入管式爐中，充入氧氣，加熱到750℃～1050℃，煅燒30min～60min，得到柔性混合超級電容器電極材料。

所述導電劑為科琴黑、導電炭黑和導電石墨的混合物，其中科琴黑與導電炭黑的質量比為1:0.5～1:0.6，科琴黑與導電石墨的質量比為1:0.3～1:0.4。

所述碳材料電極活性物質層厚度為100μm～120μm，所述金屬箔厚度為20μm～40μm，所述金屬箔為鎳箔、錳箔或鈷箔。

所述的粘結劑為丁苯橡膠溶液、聚四氟乙烯溶液或聚偏氟乙烯溶液，其中，丁苯橡膠溶液的質量分數為40%～50%，聚四氟乙烯溶液的質量分數為40%～50%，聚偏氟乙烯溶液的質量分數為40%～50%。

所述分散劑為烷基萘磺酸鹽。

所述金屬箔為鎳箔，管式爐內加熱時，加熱溫度為950℃～1050℃。

所述金屬箔為錳箔，管式爐內加熱時，加熱溫度為900℃～1000℃。

所述金屬箔為鈷箔，管式爐內加熱時，加熱溫度為750℃～800℃。

加入活性炭時，將活性炭均分成三份，分三次加入攪拌器中，以使混合物攪拌更加均勻。

本發明的有益效果是：

（1）將碳材料電極活性物質雙面涂覆在金屬箔上，放入管式爐通入氧氣加熱，金屬箔被氧化，得到碳材料包裹的金屬氧化物復合電極；碳材料具有良好的導電性能，通過對金屬氧化物的包覆作用還可以增加金屬氧化的導電性。