[發明專利]納米二氧化釩/網狀石墨基復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011115822.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112357959B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 李道玉;陳勇;彭穗;姚潔
• 申請（專利權）人: 成都先進金屬材料產業技術研究院股份有限公司
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;C01G31/02;C01B32/21;C01B32/225;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/32
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 孔凡梅

本發明公開了一種納米二氧化釩/網狀石墨基復合電極材料的制備方法，該方法包括如下步驟：a、石墨的膨脹及活化；b、膨脹石墨與納米二氧化釩的復合：將步驟a處理的石墨與無水乙醇、納米二氧化釩混合均勻；在超聲波頻率為15～35khz進行超聲處理，然后過濾、無水乙醇洗滌、干燥，研磨成粉得到復合石墨；c、泡沫鎳與復合石墨混合均勻，再加入高分子材料混合均勻，然后擠出造粒，壓制成所需形狀，用濃度15～30％硫酸浸泡，洗滌，烘干。本發明使用導電性能好但價格便宜的石墨作為基體材料，通過將其膨脹、引入活性基團與納米二氧化釩結合后，再與高分子材料復合制備得到多孔電極材料。本發明方法不僅新穎，而且簡短，成本低廉，易于控制。

技術領域

本發明屬于電極材料制備領域，具體涉及一種納米二氧化釩/網狀石墨基復合電極材料的制備方法。

背景技術

超級電容器是一種高效、實用、環保的能量存儲裝置，具有較髙功率密度、控制方便、轉換效率高、工作溫度范圍寬、無污染等優點。隨著其技術的提高，生產成本逐漸降低越來越多的應用在儲能領域中，有極大可能在未來很多場合取代蓄電池進行儲能。目前超級電容器的價格較昂貴，還不能用于大規模的電力儲能。因此，降低其生產成本是超級電容在未來進一步發展及取代蓄電池必不可少的一步。

超級電容器由電極材料、電解液、隔膜和集電極等組成，每個部分對超級電容器都有產生很大的影響，而電極材料對超級電容器性能起決定性的作用。常見的超級電容器的電極材料有碳材料、金屬氧化物材料、導電聚合物材料、復合材料。碳材料因為成本較低和多種多樣的存在形式，被廣泛用作超級電容器的電極材料，但是由于其只利用雙電層儲存能量，在性能方面有所限制，因此出現了金屬氧化物材料的電極開發與研究。金屬氧化物材料不同于雙電層電容器中碳材料電極那樣存儲能量，而是在電容器進行充放電時，金屬氧化物與溶液的界面處發生可逆氧化還原反應，從而獲得更大的比容量。該材料電極雖然有較大的比容量，但價格昂貴，不利于超級電容器的發展。導電聚合物(通常用聚苯胺、聚吡咯、聚(3,4－乙烯基二氧乙烯基唆吩)也被廣泛用作超級電容器的電極材料，通常與其他電極材料混合制備超級電容器，但其價格也非常昂貴。復合材料是為了進一步增大超級電容器的能量存儲，使其具有贗電容性能以及雙電層特性，使用碳材料作為基體、金屬氧化物作為活性物質來進行納米復合技術的復合材料來實現電荷利用率的提高，該材料是超級電容器電極材料未來發展研究的主要方向。

碳材料作為基體、金屬氧化物作為活性物質的超級電容器的復合電極材料雖然能夠獲得更大的比容量，但因使用的部分碳材料如碳纖維、碳納米管、石墨烯等價格并不便宜，也會嚴重限制其在儲能領域的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是降低超級電容器的電極成本。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：納米二氧化釩/網狀石墨基復合電極材料的制備方法，包括如下步驟：

a、石墨的膨脹及活化；

b、膨脹石墨與納米二氧化釩的復合：將步驟a處理后的石墨與無水乙醇、納米二氧化釩混合均勻；在超聲波頻率為15～35khz進行超聲處理，然后過濾、無水乙醇洗滌、干燥，研磨成粉得到復合石墨；

c、多孔復合材料的制備：將泡沫鎳與復合石墨混合均勻，再加入高分子材料混合均勻，然后擠出造粒，壓制成所需形狀，用濃度15～30％硫酸浸泡，洗滌，烘干。

上述方法步驟b中，石墨與無水乙醇體積比為1∶1～3，石墨與納米二氧化釩的質量比5～15∶100。

上述方法步驟b中，超聲處理時間15～30分鐘。

上述方法步驟c中，泡沫鎳與復合石墨的質量比為1∶1～4；高分子材料質量∶復合石墨和泡沫鎳的質量＝1～3∶1。

上述方法步驟c中，所述泡沫鎳是選擇市售孔徑0.1～10mm、孔隙率為80～98％、通孔率≧90％的泡沫鎳經粉碎后，篩選粒徑為0.5～2mm的得到。