[發明專利]用于超級電容器的二氧化錳復合材料電極的制備方法

有效

• 申請號: 201710477282.8
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107275109B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 楊慧敏;李加剛;劉憲;杜海燕;代紅艷;簡選;梁鎮海
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

本發明公開了一種用于超級電容器的二氧化錳復合材料電極的制備方法是利用一步水熱法在泡沫鎳上直接沉積δ型二氧化錳，之后再利用電沉積技術將改性層石墨烯量子點、碳量子點或者PbO₂沉積在二氧化錳的表面制得復合材料電極，所制備的電極具有良好的電化學性能，且操作簡單、條件易控制。

技術領域

本發明涉及一種超級電容器電極材料的制備方法，具體是一種用于超級電容器的二氧化錳復合材料電極的制備方法。

背景技術

超級電容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫電化學電容器(Electrochemical Capacitor, EC)、黃金電容、法拉第電容；包括雙電層電容器(Electrostatic double-layer capacitor)和贗電容器（Electrochemicalpseudocapacitor）,通過極化電解質來儲能。它是一種電化學元件，但在其儲能的過程并不發生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因為此超級電容器可以反復充放電數十萬次。超級電容器可以被視為懸浮在電解質中的兩個無反應活性的多孔電極板，在極板上加電，正極板吸引電解質中的負離子，負極板吸引正離子，實際上形成兩個電容性存儲層，被分離開的正離子在負極板附近，負離子在正極板附近。

超級電容器作為一種新型的儲能器件，介于二次電池與傳統電容器之間，具有功率密度高、循環壽命長、快速充放電等優點，在交通領域、工業領域、新能源領域以及日常電子產品等方面均有著廣泛的應用。通常，超級電容器的電極是決定其性能最主要的因素，包括電極的制備方法、電極材料的選擇等。二氧化錳是一種廉價易得且性能良好的新型超級電容器電極材料，理論比電容達1370 F/g，遠遠高于工業化的碳類材料，但是較差的導電性與可逆性也制約了二氧化錳電極材料的實際應用，MnO₂的合成方法有水熱法、溶膠凝膠法、低溫固相法、模板法、液相沉淀法和電沉積法。不同方法制備出的MnO₂在晶格結構、表面形貌和比表面積等方面均有差別，造成電化學性能也有較大的差異。目前，主要的研究均集中于提高二氧化錳材料電極的導電性與循環穩定性以滿足實際應用。

提高二氧化錳電極的導電性通常有兩種方式，一種是選擇導電性良好的基體做集流器，然后使二氧化錳與導電基體結合，目前大多的結合方式都是先將二氧化錳制成粉末，然后與導電劑粘結劑混合后壓片到集流器上，Zhao等通過兩步水熱法合成了 C-MnO₂核殼納米結構粉末，通過壓制法與導電基體結合，在1 mol·L^-1 的Na₂SO₄電解質中，當掃速為2mV·s^-1時，比電容達252 F·g^-1（Zhao Y., Meng Y. N., Jiang P., et al. Carbon@MnO₂coreeshell nanospheres for flexible high-performance supercapacitor electrodematerials[J]. Journal of Power Sources, 2014, 259 (4): 219-226.），這種方式操作過程不僅繁瑣、而且增加了很多無效電容；另一種提高電極導電性的方法是通過摻雜復合等技術提高二氧化錳材料的導電性，例如，將Ni²⁺、Fe³⁺、Sn⁴⁺、Cu²⁺等金屬離子以特殊的方式摻入二氧化錳，可以提高二氧化錳材料的導電性，從而提高其性能，公開號為CN 104492426A公開了“一種改性二氧化錳催化劑及改性二氧化錳催化劑電極和制備方法”，該發明通過浸漬法制得的由同時摻雜有氟離子和金屬離子的改性納米二氧化錳催化劑，并將其負載在同時具有金紅石晶體結構和氧缺位結構的金屬氧化物載體上，該發明是通過熱噴涂或者冷噴涂的方式將改性二氧化錳涂覆到導電基體上的，這種方法制備電極材料的過程繁瑣，并且活性物質易發生脫落，電極穩定性較差。