[發(fā)明專利]一種全固態(tài)超級(jí)電容器電極材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010840151.3
• 申請(qǐng)日: 2020-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN111960477A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 路金林;黃瑩瑩;包碩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G49/12
• 分類號(hào): C01G49/12;C01B32/05;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/56
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務(wù)所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發(fā)明提供一種全固態(tài)超級(jí)電容器電極材料的制備方法，采用三維多孔碳作為基底材料，三維多孔碳材料制備工藝簡(jiǎn)單、孔道豐富、比表面積大、高比容量、高倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，然后采用水熱法“一步合成”二硫化鐵/三維多孔碳對(duì)稱型全固態(tài)超級(jí)電容器電極材料，那么三維多孔碳不僅能為聚苯胺和二氧化錳提供載體，還可以防止材料粉化，降低材料與集流體的電接觸，同時(shí)可以減少電極與電解液之間的副反應(yīng)，在一定程度上提高材料的導(dǎo)電性。將所述方法制備的二硫化鐵/三維多孔碳復(fù)合材料作為電極材料制備對(duì)稱型全固態(tài)超級(jí)電容器具有較高的比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、較高的能量密度和功率密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能源材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種二硫化鐵/三維多孔碳全固態(tài)超級(jí)電容器電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

超級(jí)電容又名電化學(xué)電容器，是一種基于界面離子的吸附與脫附或者快速氧化/還原反應(yīng)來儲(chǔ)存電荷的綠色儲(chǔ)能器件。超級(jí)電容器與傳統(tǒng)電容器相比具有更大的能量密度，與電池相比有更高的功率密度。同時(shí)超級(jí)電容器具有快速充放電、壽命長(zhǎng)以及適應(yīng)環(huán)境溫度區(qū)間寬等優(yōu)勢(shì)，因此其被廣泛應(yīng)用于交通領(lǐng)域、能源領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域等。

根據(jù)工作原理的不同，超級(jí)電容器可被分為雙電荷電容器或雙電層電容器、法拉第贗電容器和混合型超級(jí)電容器。超級(jí)電容器主要由四個(gè)部分組成，分別為正極、負(fù)極、隔膜和電解液。雙電層電容器在工作時(shí)依靠電解液形成的雙電層和電極表面的電荷移動(dòng)來儲(chǔ)存電能，放電時(shí)電容器的負(fù)極會(huì)聚集大量的負(fù)電荷，正極會(huì)聚集大量的正電荷，同時(shí)陰離子向正極移動(dòng)，陽離子向負(fù)極移動(dòng)，充電時(shí)是相反的狀態(tài)。由此可見，雙電層超級(jí)電容器的充電和放電是電荷轉(zhuǎn)移的物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。雙電層電容器電極材料中最常見的有碳材料，主要包括：碳?xì)饽z、碳納米管、活性炭等。法拉第贗電容超級(jí)電容器的儲(chǔ)能機(jī)理主要是依靠電極材料參與的氧化/還原反應(yīng)或者化學(xué)脫附和吸附現(xiàn)象來完成電荷的儲(chǔ)存和應(yīng)用。與雙電層不同的是法拉第贗電容發(fā)生的反應(yīng)并不只是在電極表面和電極周圍，同時(shí)還發(fā)生在電極內(nèi)部，這樣便可以產(chǎn)生大量的贗電容，進(jìn)而獲得更高的電容性能。混合型電容器是由儲(chǔ)能機(jī)理為雙電層的電極材料和儲(chǔ)能機(jī)理為法拉第贗電容的電極材料分別作為超級(jí)電容器的兩個(gè)電極所組成的電容器，因而最終兼具了兩者之間存在的不同性質(zhì)。它一般是采用兩種或多種材料作為電容器的電極，正極一般由能夠發(fā)生劇烈氧化還原反應(yīng)的贗電容材料組成，負(fù)極則是用能夠提供較佳穩(wěn)定性能的碳材料制成，這樣的混合型電容器不僅具有較高的電容而且還有更高的循環(huán)穩(wěn)定性。

根據(jù)超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理可以了解到，電容器的儲(chǔ)能主要依賴于電極材料，因此進(jìn)一步開發(fā)高容量和性能良好的電極材料非常重要。目前，碳材料、導(dǎo)電聚合物材料、過渡金屬氧化物及過渡金屬硫化物材料是幾種常見的超級(jí)電容器材料。其中，碳材料主要應(yīng)用于雙電層電極材料，導(dǎo)電聚合物材料、過渡金屬氧化物及過渡金屬硫化物材料主要應(yīng)用于法拉第贗電容器電極材料。