[發明專利]電極材料及其制備方法和超級電容器

有效

• 申請號: 201810953427.1
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN110853930B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 霍蕊
• 申請（專利權）人: TCL科技集團股份有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/26;H01G11/36;H01G11/86;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發明屬于電化學材料領域，具體涉及一種電極材料及其制備方法和超級電容器。所述電極材料包括碳基納米材料和包覆在所述碳基納米材料表面的含氮包覆層，所述碳基納米材料表面結合有有機磷配體。該特有核殼結構的氮磷摻雜的電極材料作為超級電容器的電極材料，不僅可以提高電極材料比容量，而且具有穩定性好的特點，可顯著提高超級電容器的電容性能。

技術領域

本發明屬于電化學材料領域，具體涉及一種電極材料及其制備方法和超級電容器。

背景技術

超級電容器是一種介于電容器和電池之間的新型儲能元件，具有能量密度高、充放電速度快、功率密度高、充放電效率高、循環壽命長、安全性好、使用溫度寬以及無污染和免維護等優良特性。超級電容器是利用雙電層原理的電容器。當外加電壓加到超級電容器的兩個極板上時，與普通電容器一樣，極板的正電極存儲正電荷，負極板存儲負電荷，在超級電容器的兩極板上電荷產生的電場作用下，在電解液與電極間的界面上形成相反的電荷，以平衡電解液的內電場，這種正電荷與負電荷在兩個不同相之間的接觸面上，以正負電荷之間極短間隙排列在相反的位置上，這個電荷分布層叫雙電層，因此電容量非常大。超級電容器與傳統靜電電容器的區別在于儲存能量的多少，前者是后者的100倍以上；超級電容器與電池的區別在于功率密度的大小，前者是后者的10-100倍。但是超級電容器的缺點是比能量低，提高比能量的方法有：1.提高電極材料的比電容；2.提高正負極的電位差。雜元素摻雜是提高碳基電極材料比容量的簡單有效的方法。其中，氮摻雜碳材料表現出優秀的電化學性能，獲得了研究者的廣泛關注，而磷摻雜碳材料表現出高比容量和寬電化學窗口。

一般用于超級電容器的材料為無定型碳材料，因為無定形碳的層間距較大，有利于提高電極的大電流充放電性能。無定形碳可以通過多種方法進行改性，以達到不同的效果。摻雜是一種常用的方法，通過摻雜氮或者硼元素，可以改變半導體材料的電子性質。摻雜后的石墨碳材料能帶結構發生變化，電導率提高，因此摻雜后的石墨碳材料比原來石墨碳材料有更大的發展空間。

目前高電容器的電極材料成本較高，而且種類有限。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種電極材料及其制備方法和超級電容器，旨在解決現有高電容器的電極材料選擇有限的技術問題。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供一種電極材料，包括碳基納米材料和包覆在所述碳基納米材料表面的含氮包覆層，所述碳基納米材料表面結合有有機磷配體。

本發明提供的電極材料，是一種同時具有磷摻雜和氮摻雜的、以碳基納米材料為核的核殼結構材料。該電極材料中，碳基納米材料作為內核，有機磷配體結合在碳基納米材料表面，有機磷配體位于所述碳基納米材料和所述含氮包覆層之間對電解液離子(特別是質子)具有更強的吸附能力，從而極大地增大了碳基納米材料的雙電層電容；而含氮包覆層作為摻雜的氮材料包覆在碳基納米材料表面，不僅可以提高電極材料的電化學性能，還可以提高該電極材料的穩定性；因此，該特有核殼結構的氮磷摻雜的電極材料作為超級電容器的電極材料，不僅可以提高電極材料比容量，而且具有穩定性好的特點，可顯著提高超級電容器的電容性能。

本發明另一方面提供一種電極材料的制備方法，包括如下步驟：

提供碳基納米材料和有機磷配體；

將所述碳基納米顆粒和有機磷配體溶于溶劑中，使所述有機磷配體結合在所述碳基納米材料表面，得到混合溶液；將氮源加入所述混合溶液中，進行混合處理，使所述氮源在所述碳基納米材料表面形成含氮包覆層，得到所述復合材料。