[發(fā)明專利]一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610110321.6
• 申請(qǐng)日: 2016-02-29
• 公開（公告）號(hào): CN105761942B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張娜;丁艷花;李雨萌;張建勇;房永征;黃成杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): H01G11/24
• 分類號(hào): H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發(fā)明一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料，將石墨烯片層插入到Ni?MOF層間，形成三明治夾層結(jié)構(gòu)，所述的石墨烯占Ni?MOF的體積分?jǐn)?shù)為6～40%。還提供了上述電極材料的制備方法，將硝酸鎳/DMF溶液加入到對(duì)苯二甲酸/DMF溶液中，溶解后，獲得前驅(qū)體溶液；將氧化石墨烯水溶液加入到前驅(qū)體溶液中，在超聲分散后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯水熱襯釜中，在600W家用微波爐中，高火反應(yīng)6min，所得反應(yīng)液抽濾，濾餅用無水乙醇、DMF反復(fù)離心、洗滌，干燥，即得三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料。本發(fā)明可用于超級(jí)電容器，其比電容最大可達(dá)1600Fg^?1。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料及制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器也叫電化學(xué)電容器，是一種介于蓄電池和傳統(tǒng)靜電電容器之間的儲(chǔ)能裝置，具有良好的可逆性能、循環(huán)壽命長(zhǎng)。另外其完成充電時(shí)間短，可以作為大功率脈沖電源，能大電流瞬時(shí)充放電。被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)記憶存儲(chǔ)系統(tǒng)、便攜式儀器設(shè)備、后備電源、通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、電焊機(jī)、充磁機(jī)、閃光燈、燃料電池、電動(dòng)車混合電源等領(lǐng)域。隨著綠色電動(dòng)汽車的研制，超級(jí)電容器的研究也進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)期，然而超級(jí)電容器因其不足之處：能量密度偏低、自放電電流大、單體額定電壓低，很難滿足能量?jī)?chǔ)存需求，因此設(shè)計(jì)高效、環(huán)保、低成本、高能量密度儲(chǔ)能系統(tǒng)至關(guān)重要。電極是超級(jí)電容器一個(gè)重要的組成部分，電極材料是決定超級(jí)電容器性能最重要的因素，傳統(tǒng)的電極材料，可分為三大類，即碳材料，過渡金屬氧化物和導(dǎo)電性有機(jī)聚合物。最常用的碳材料：活性炭，碳納米纖維，碳?xì)饽z，碳納米管。活性炭材料，充放電性能得到很好的提高，但比電容不是很高，在1 mol/L H₂SO₄和6mol/L KOH水溶液電解液中比電容達(dá)到200 F/g ，在1mol/L(C₂H₅)₄NBF₄電解液中比電容達(dá)到150 F/g；碳納米纖維材料，其比表面大，導(dǎo)電性好，活化后的比電容高，但表觀密度通常較低，因此其電容密度較低。碳?xì)饽z材料，其原材料昂貴、制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)和規(guī)模化生產(chǎn)難度大。碳納米管，可逆比電容不很高，充放電效率低，自放電現(xiàn)象嚴(yán)重和易團(tuán)聚等加之成本較高，不能很好地滿足實(shí)際需要。金屬氧化物電極材料中以IrO₂或RhO材料作電極，有良好的電導(dǎo)率，可以獲得較高的比容量和更高的比能量，但貴金屬價(jià)格昂貴，從而限制了它的實(shí)用化。導(dǎo)電聚合物電極材料存在著品種少，直接用導(dǎo)電有機(jī)聚合物作電化學(xué)電容器電極材料，電容器內(nèi)電阻較大。目前，通常使用的是碳/金屬化合物，碳/ECP，金屬化合物/導(dǎo)電聚合物等復(fù)合電極材料，比電容達(dá)到389F/g。近幾年，金屬-有機(jī)骨架材料受到研究者的青睞，MOF是由含氧或氮的有機(jī)配體與過渡金屬連接形成的網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)。因?yàn)槠渚哂杏行蚍涑部锥础⑦^渡金屬氧化配位以及高的比表面積等特點(diǎn)，所以MOF具有高比密度，高比能量和高比功率等優(yōu)點(diǎn)。由于MOF的結(jié)構(gòu)特征所具有的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，切實(shí)的符合了超級(jí)電容器所要求的高功率和密度。在專利CN201510381600.1中公開了一種Ni-MOF電極材料，該材料的比電容最大可達(dá)1500F/g，充放電循環(huán)3000次后，仍能保持90％的比電容，且制備方法簡(jiǎn)單可控、條件溫和、生產(chǎn)成本低廉，卻比表面積和能量密度不是很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料及制備方法，所述的這種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料及制備方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超級(jí)電容器能量密度偏低、自放電電流大、單體額定電壓低的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料，由石墨烯片層和Ni-MOF構(gòu)成，所述的石墨烯片層插入到所述的Ni-MOF層間，所述的石墨烯占Ni-MOF的體積分?jǐn)?shù)為6～40%。

本發(fā)明還提供了上述的一種三明治夾層結(jié)構(gòu)的超級(jí)電容器電極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）利用Hummers法制備出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1g/L的氧化石墨烯水溶液；