一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，将钛酸四丁酯与异丙醇配制成混合溶液，加入硝酸搅拌得TiO2胶体溶液；将多金属氧酸锂盐加入硝酸溶液中，将其加入TiO2胶体溶液中，形成多金属氧酸锂盐‑TiO2复合材料的溶液；在紫外光下照射、搅拌，还原成杂多蓝，再加入氧化石墨烯溶液，形成多金属氧酸锂盐‑TiO2‑石墨烯复合材料溶液；经清洗烘干制得。本发明专利技术其发挥多金属氧酸锂盐的导离子特性，石墨烯的导电子特性，以及TiO2的大比表面积特性。三者协同作用充分提升超级电容器的性能。

Preparation method of electrode material for titania supercapacitor

The invention discloses a preparation method of electrode material for titanium dioxide supercapacitor, which mixes tetrabutyl titanate with isopropanol to form a mixed solution, stirs it with nitric acid to obtain a colloidal solution of titanium dioxide, adds lithium polyoxometalate to nitric acid solution, and adds it to a colloidal solution of titanium dioxide to form a composite of lithium polyoxalate and titanium dioxide. The solution of the material is irradiated, stirred and reduced to heteropoly blue under ultraviolet light, and then graphene oxide solution is added to form the solution of lithium polyoxometalate TiO2_graphene composite material, which is prepared by cleaning and drying. The present invention gives full play to the ionic conductivity of lithium polyoxometalate salt, the conductivity of graphene and the large specific surface area property of titanium dioxide. The synergy between the three can fully improve the performance of ultracapacitor.

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法
本专利技术涉及超级电容器
，尤其涉及一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法。
技术介绍
超级电容器性能优异，是介于传统电容器和传统的化学电池之间的一种新型储能元件。有比传统电容器更高的比容量，比普通电池更大的比功率,且具有试用温度广，放电功率大、使用安全稳定等特点。近年来超级电容器在诸多领域得到广泛的应用。超级电容器工作电极的活性物质作为决定超级电容器性能的最主要因素是目前超级电容器的研究热点之一。碳系材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料和复合材料是目前应用于超级电容器工作电极的主要活性物质。石墨烯是碳系材料的佼佼者，近几年来得到极大发展。二氧化铁是一种类硅材料的半导体材料，有着储能丰富，价格低廉，化学性能稳定等优点，因其导电性差，制约了其在超级电容器中的发展。另有中国专利公告号为CN107195464A，2017.9.22公开了一种锂离子超级电容器电极材料的制备方法，该电极材料为石墨烯/聚吡咯/二氧化钛三元纳米线阵列复合材料，是将氧化石墨、二氧化钛颗粒分别制备分散液；再将过硫酸铵溶解在硫酸溶液中，制备氧化剂溶液；在氧化石墨分散液中加入吡咯单体，再加入氧化剂溶液，反应得到氧化石墨/聚吡咯纳米线阵列复合物；将氧化石墨/聚吡咯纳米线阵列复合物与二氧化钛分散液混合，加入氧化剂溶液，反应得到氧化石墨/聚吡咯/二氧化钛三元纳米线阵列复合物；其中的氧化石墨还原为石墨烯，得到石墨烯/聚吡咯/二氧化钛三元纳米线阵列复合物。上述专利技术所提到的石墨烯，导电聚合物聚吡咯，均是电子导通性优良的导电材料，制备的电极材料主要是针对电子导通性进行提升，未考虑离子导通性的提升。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，该方法制备的电容器电极材料将大大提升超级电容器的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钛酸四丁酯与异丙醇配制成混合溶液，然后向混合溶液中加入70%浓度的硝酸搅拌得到稳定的透明的TiO2胶体溶液；(2)将多金属氧酸锂盐加入硝酸溶液中，并配置成PH值=1-5的酸性溶液；将配置好的酸性溶液加入配置好的TiO2胶体溶液中，形成多金属氧酸锂盐-TiO2复合材料的溶液；(3)将所得的多金属氧酸锂盐-TiO2复合材料的溶液在紫外光下照射、搅拌，使多金属氧酸锂盐发生光还原成杂多蓝，形成杂多蓝锂盐-TiO2复合材料的溶液；(4)在杂多蓝锂盐-TiO2复合材料的溶液中加入氧化石墨烯溶液，发生氧化还原反应，杂多蓝锂盐被氧化成多金属氧酸锂盐，氧化石墨烯被还原成还原氧化石墨烯，形成多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液；(5)将制备的多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液清洗、烘干，制得所述超级电容器电极材料。将所得复合材料制备成超级电容器浆料，涂布在泡沫镍上，并进行压片，裁片，组装成超级电容器进行容量测试。所述钛酸四丁酯与异丙醇的质量比为1：1。所述步骤(1)中的搅拌方式为：先在室温下搅拌2小时后，然后加热到80℃，继续搅拌4小时，得到稳定的透明的TiO2胶体溶液。所述步骤(3)中，紫外光下照射8小时，且边照射边搅拌。所述步骤(5)中将多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液进行过滤，用蒸馏水和酒精依次清洗滤网上的固体，直至无色为止，然后将固体在烘箱中80摄氏度下烘干。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术中TiO2胶体粒子是两性的，粒子表面带正电荷或负电荷，取决于周围介质的酸碱度。在本专利技术中，由于TiO2粒子在酸性水溶液中带正电荷，所以带负电荷的多酸和带正电荷的TiO2可以依靠相反电荷物种间的静电引力自发的进行组装。2、该复合材料因石墨烯的作用有优异的电子导通性，又因多金属氧酸锂盐的作用有优异的锂离子导通性，将其制备成超级电容器电极材料，电解液使用含有锂离子的酸性溶液，同时利用二氧化钛本身的多孔结构，将大大提升超级电容器的性能。3、本专利技术多金属氧酸锂盐为Li3XY12O40，Li4XY12O40中的一种或者多种的混合物；X指P、Si两种元素中任意一种；Y指Mo、W两种元素中任意一种，多金属氧酸盐系列结构最稳定，资源足，生产成本低。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述，但本专利技术并不限于以下实施例，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将钛酸四丁酯和异丙醇按质量比1：1配制成混合溶液，然后向混合溶液中加入70%浓度的硝酸，将此混合溶液在室温下搅2小时后，加热到80℃，继续搅拌4小时，得到稳定的透明的TiO2胶体溶液。(2)将多金属氧酸锂盐Li3PW12O40加入硝酸溶液中，并配置成PH值=1-5的酸性溶液。将配置好的酸性溶液逐滴加入配置好的TiO2胶体溶液中，形成多金属氧酸锂盐Li3PW12O4-TiO2复合材料的溶液。(3)将所得的多金属氧酸锂盐Li3PW12O4-TiO2复合材料的溶液在紫外光下照射8小时，边照射边搅拌，使多金属氧酸锂盐发生光还原成Li3PW12O4杂多蓝，形成杂多蓝锂盐Li3PW12O4-TiO2复合材料的溶液。(4)杂多蓝锂盐Li3PW12O4-TiO2复合材料的溶液中加入氧化石墨烯溶液，使具有还原作用的杂多蓝锂盐Li3PW12O4与具有氧化作用的氧化石墨烯发生氧化还原反应，杂多蓝锂盐Li3PW12O4被氧化成多金属氧酸锂盐，氧化石墨烯被还原成还原氧化石墨烯，形成多金属氧酸锂盐Li3PW12O4-TiO2-石墨烯复合材料。(5)将制备的多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液进行过滤，用蒸馏水和酒精依次清洗滤网上的固体，直至无色为止，然后将固体在烘箱中80摄氏度下烘干，制得所述超级电容器电极材料。应用测试：将所得超级电容器电极材料制备成超级电容器浆料，涂布在泡沫镍上，并进行压片，裁片，组装成超级电容器进行容量测试。将测试容量除以活性物质量，得到电极材料的比容量（F/g）。实施例2制备方法和测试方法同实施例1，只是将多金属氧酸锂盐换成Li3PMo12O40。实施例3制备方法和测试方法同实施例1，只是将多金属氧酸锂盐换成Li4SiMo12O40。实施例4制备方法和测试方法同实施例1，只是将导电聚合物单体换成Li4SiW12O40。对比例1不添加多金属氧酸盐，直接用制备好的TiO2胶体溶液与氧化石墨烯进行反应，再过滤，洗涤，烘干，并制备成超级电容器电极材料进行组装测试。对比例2复合材料中不含石墨烯，直接用制备好的TiO2胶体溶液与多金属氧酸锂盐进行反应，再过滤，洗涤，烘干，并制备成超级电容器电极材料进行组装测试。将上述实施例1-4以及对比例，所得电容做容量测试，并计算出比容量结果详见表：从表中比容量对比可看出，采用三种材料复合的电极材料比容量高于采用两种材料复合的比容量，显示出多金属氧酸锂盐和石墨烯两者对提高比容量均有作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钛酸四丁酯与异丙醇配制成混合溶液，然后向混合溶液中加入70%浓度的硝酸搅拌得到稳定的透明的 TiO2胶体溶液；(2)将多金属氧酸锂盐加入硝酸溶液中，并配置成PH值=1‑5的酸性溶液；将配置好的酸性溶液加入配置好的TiO2胶体溶液中，形成多金属氧酸锂盐‑ TiO2复合材料的溶液；(3) 将所得的多金属氧酸锂盐‑ TiO2复合材料的溶液在紫外光下照射、搅拌，使多金属氧酸锂盐发生光还原成杂多蓝，形成杂多蓝锂盐‑TiO2复合材料的溶液；(4)在杂多蓝锂盐‑TiO2复合材料的溶液中加入氧化石墨烯溶液，发生氧化还原反应，杂多蓝锂盐被氧化成多金属氧酸锂盐，氧化石墨烯被还原成还原氧化石墨烯，形成多金属氧酸锂盐‑ TiO2‑石墨烯复合材料溶液；(5)将制备的多金属氧酸锂盐‑ TiO2‑石墨烯复合材料溶液清洗、烘干，制得所述超级电容器电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化钛超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将钛酸四丁酯与异丙醇配制成混合溶液，然后向混合溶液中加入70%浓度的硝酸搅拌得到稳定的透明的TiO2胶体溶液；(2)将多金属氧酸锂盐加入硝酸溶液中，并配置成PH值=1-5的酸性溶液；将配置好的酸性溶液加入配置好的TiO2胶体溶液中，形成多金属氧酸锂盐-TiO2复合材料的溶液；(3)将所得的多金属氧酸锂盐-TiO2复合材料的溶液在紫外光下照射、搅拌，使多金属氧酸锂盐发生光还原成杂多蓝，形成杂多蓝锂盐-TiO2复合材料的溶液；(4)在杂多蓝锂盐-TiO2复合材料的溶液中加入氧化石墨烯溶液，发生氧化还原反应，杂多蓝锂盐被氧化成多金属氧酸锂盐，氧化石墨烯被还原成还原氧化石墨烯，形成多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液；(5)将制备的多金属氧酸锂盐-TiO2-石墨烯复合材料溶液清洗、烘干，制得所述超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的一种二氧化钛超级电容器电极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖小东，黄兴兰，王瑨，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51