[發明專利]一種復合電極及其制備方法以及在超級電容器中的應用

在審

• 申請號: 201410791379.2
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105448533A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 張易寧;陳素晶;劉永川;張祥昕;王維;苗小飛;寇麗杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/46;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明具體涉及一種復合電極及其制備方法以及在超級電容器中的應用。

背景技術

隨著全球性資源缺乏的加劇及對綠色技術和高性價比替代能源的渴求，世界各國都在研發新的綠色環保型能源。超級電容器作為本世紀重點發展的新型儲能產品，是低碳經濟的核心產品之一，正被世界各國所廣泛關注，也為越來越多的國家和企業爭相研制和生產。

超級電容器是介于電池和傳統電容器之間的綠色儲能器件，具有比傳統電容器更高的能量密度，比電池更高的功率密度；既具有電池的儲能特性，又具有傳統電容器快速充放電的特性，而且其所用的材料普遍為綠色環保。超級電容器在新能源汽車、再生能源、航空軍事、通訊、工業、消費電子等眾多領域有著巨大的應用價值和市場潛力。超級電容器的電極活性材料分為雙電層電容器電極活性材料和贗電容器電極活性材料，其中雙電層電容器電極活性材料為碳活性材料如商業化的活性炭，它大比表面積和快速充放電特性，因此以其為電極活性材料的超級電容器具有高功率密度，但活性炭的比電容量較低，因此超級電容器的能量密度遠低于鋰離子電池。贗電容器電極活性材料為金屬氧化物或導電聚合物，它們具有比活性炭更高的比電容量和電壓窗口，根據E=1/2CV²可知，可以提高超級電容器的能量密度。

發明內容

本發明針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種復合電極及其制備方法以及在超級電容器中的應用，提供高能量密度和高功率密度的超級電容器，而且工藝簡單、性能可控，可以擴寬超級電容器的應用領域。

為了實現以上目的，本發明采取了以下技術方案：

本發明首先提供了一種復合電極，在集流體表面設置復合電極活性材料，所述復合電極活性材料由贗電容器電極活性材料和混合型電容器電極活性材料組成，所述混合型電容器電極活性材料由雙電層電容器電極活性材料及贗電容器電極活性材料組成，贗電容器電極活性材料為導電聚合物和金屬氧化物中的至少一種，雙電層電容器電極活性材料為碳活性材料。

所述混合型電容器電極活性材料中雙電層電容器電極活性材料與贗電容器電極活性材料的質量比為80:1~1:80，更優選的質量比為40:1~1:40。

所述導電聚合物為聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚對苯及其衍生物、聚喹啉及其衍生物中的至少一種。

所述金屬氧化物為錳、釕、鈷、鎳、釩的氧化物中的至少一種。

所述碳活性材料為活性炭、石墨烯、納米碳、碳凝膠、碳纖維、軟碳、硬碳、石墨中的至少一種。

其次，本發明提供了一種所述的復合電極的制備方法，在集流體表面先設置混合型電容器電極活性材料，再設置贗電容器電極活性材料；或者在集流體表面先設置贗電容器電極活性材料，再設置混合型電容器電極活性材料，混合型電容器電極活性材料與贗電容器電極活性材料的厚度比為80:1~1:80。優選地，混合型電容器電極活性材料與贗電容器電極活性材料的厚度比為40:1~1:40。更優選地，混合型電容器電極活性材料與贗電容器電極活性材料的厚度比為10:1~1:10。

另外，本發明還提供了所述的復合電極的應用，其特征在于：將所述復合電極作為超級電容器的電極，即超級電容器中正極、負極中的至少一個電極為所述的復合電極。

更具體地，所述超級電容器由正極、負極，介于正極與負極之間的隔膜和電解質組成，制作步驟如下：

（1）混合型電容器電極活性材料的制備：將活性炭、石墨烯、碳納米管等碳活性材料與導電聚合物、金屬氧化物等贗電容活性材料、導電劑、粘接劑混合成漿料，以涂布、噴涂、浸漬、印刷、打印、電沉積等方法設置于集流體或贗電容器電極活性材料的表面，制備混合型電容器電極活性材料；

（2）贗電容器電極活性材料的制備：以涂布、噴涂、浸漬、印刷、打印、化學沉積或電化學沉積等方法將導電聚合物、金屬氧化物等贗電容活性材料設置于集流體或混合型電容器電極活性材料的表面，制備贗電容器電極活性材料。

（3）復合電極的制備：在集流體表面先制備混合型電容器電極活性材料，在混合型電容器電極活性材料表面再制備贗電容器電極活性材料，以制備電極；或者在集流體表面先制備贗電容器電極活性材料，再制備混合型電容器電極活性材料，以制備復合電極。

（4）超級電容器的組裝步驟：在正極與負極之間設置隔膜，添加電解質，疊片或卷繞組裝成超級電容器。