一种超级电容器电极材料及其制备方法技术

本申请公开了一种超级电容器电极材料及其制备方法，上述超级电容器电极材料制备方法包括如下步骤：S1、制备多孔活性炭粉末；S2、将所述多孔活性炭粉末在酸性溶液中进行氧化处理；S3、将过渡金属水溶液加入氧化后的所述多孔活性炭溶液中，制得混合溶液；S4、将碱性溶液滴至所述混合溶液中；S5、将所述混合溶液进行过滤处理，获得沉淀物，将所述沉淀物进行洗涤、干燥，制得纳米复合材料；S6、将所述纳米复合材料、导电材料、粘合剂和分散剂混合，制得超级电容器电极材料。采样上述方法制得的电极材料应用于超级电容器，超级电容器的体积比电容高于21 F/cc。F/cc。F/cc。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器电极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及超级电容器
，尤其是涉及一种超级电容器电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超级电容器是一种电容量可达数千法拉的极大容量电容器。以美国库柏Cooper公司的超级电容为例，根据电容器的原理，电容量取决于电极间距离和电极表面积，为了得到如此大的电容量，要尽可能缩小超级电容器电极间距离、增加电极表面积，因此，采用双电层原理和活性炭多孔化电极，这种超级电容器包括两个电极，一个阳极和一个阴极，以及介于两个电极之间的多孔隔膜。
[0003]电极活性材料是影响超级电容器性能的关键因素，目前市售的活性炭电极材料的比表面积不超过200m2/g，体积比电容不超过19.3F/cc，然而，随着超级电容器应用领域的扩大，目前市售的电极活性材料难以较好地满足使用需求，因此，亟需开发具有更大比表面积、更大体积比电容的电极材料。

技术实现思路

[0004]为了解决上述至少一种技术问题，开发一种比表面积较大，并且体积比电容较大的电极材料的制备工艺，本申请提供一种超级电容器电极材料及其制备方法。
[0005]一方面，本申请提供的一种超级电容器电极材料的制备方法，包括如下步骤：S1、制备多孔活性炭粉末，所述多孔活性炭粉末的比表面积为300～1300m2/g，所述多孔活性炭粉末的平均层间距为3.385～4.445nm；S2、将所述多孔活性炭粉末在酸性溶液中进行氧化处理，制得氧化后的多孔活性炭溶液；S3、将过渡金属水溶液加入氧化后的所述多孔活性炭溶液中，制得混合溶液；S4、将碱性溶液滴至所述混合溶液中，调节混合溶液的pH为8～12，使得混合溶液中析出沉淀；S5、将所述混合溶液进行过滤处理，获得沉淀物，将所述沉淀物进行洗涤、干燥，制得纳米复合材料；S6、将所述纳米复合材料、导电材料、粘合剂和分散剂按重量比为10：（0.2～2）：（0.2～2）：（0.1～30）进行混合，制得超级电容器电极材料。
[0006]通过采用上述技术方案，本申请制得的多孔活性炭粉末的比表面积为300～1300m2/g，比表面较大，所制得的多孔活性炭粉末的平均层间距为3.385～4.445nm，平均层间距较小，达到纳米级；将上述比表面较大、平均层间距较小的多孔活性炭粉末在酸性溶液中进行氧化处理，可促进多孔活性炭粉末与过渡金属氢氧化物的络合；将过渡金属水溶液加入氧化后的多孔活性炭溶液中，过渡金属作为过渡金属氢氧化物前驱体，随着碱性溶液的滴入，多孔活性炭粉末可较充分地与过渡金属氢氧化物络合而形成沉淀物，之后，进行过
滤、洗涤、干燥处理，即可获得多孔活性炭
‑
过渡金属氢氧化物络合成的纳米复合材料，将纳米复合材料与导电材料、粘合剂、分散剂按照特定的配比混合，制得超级电容电极材料，采用本申请的超级电容电极材料制作阳极和阴极，所形成的超级电容器的体积比电容高于21 F/cc。
[0007]可选的，所述步骤S1中，所述多孔活性炭粉末的制备方法包括如下步骤：步骤一、将炭材料在气氛保护的条件下进行碳化处理；步骤二、将碳化后的炭材料进行活化处理；步骤三、将活化后的炭材料进行洗涤、干燥，制得所述多孔活性炭粉末。
[0008]通过采用上述技术方案，本申请所制得的多孔活性炭粉末的比表面积为300～1300m2/g，平均层间距为3.385～4.445nm。
[0009]可选的，所述步骤一中，保护气氛为氮气或者氩气，碳化处理的温度为550～900℃。
[0010]通过采用上述技术方案，可较好地使得炭材料进行碳化。
[0011]可选的，所述步骤一中，炭材料选自石油沥青、煤沥青、石油焦炭、煤焦炭中的一种。
[0012]可选的，所述步骤二中，活化处理的方式为：将碳化后的炭材料与氢氧化钾或者氢氧化钠按重量比为1：（1～5）进行混合、研磨后，在保护气氛中，在温度为600～900℃的条件下加热0.16～12小时，获得活化后的炭材料。
[0013]通过采用上述技术方案，可使得炭材料具有较多的孔，以及相适应的比表面积。
[0014]可选的，所述步骤S2中，所述多孔活性炭粉末的重量为0.1～0.3g，所述酸性溶液的体积为20～40ml，所述酸性溶液的体积摩尔浓度为0.1～5mol/L，所述酸性溶液选自硝酸、盐酸、硫酸中的一种。
[0015]通过采用上述技术方案，可有效改善多孔活性炭粉末与过渡金属氢氧化物的络合。
[0016]可选的，所述步骤S3中，所述过渡金属水溶液的添加量为1～5ml，所述过渡金属水溶液的体积摩尔浓度为0.1～5mol/L。
[0017]可选的，所述步骤S3中，所述过渡金属水溶液的制备方法为：将过渡金属源溶解于去离子水中，所述过渡金属源的化学式为M(NO3)
n
，M(CO3)
n/2
，M(SO4)
n/2
，或MCl
n
中的一种，其中，M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Cd、Zn、Ru、Pd、Ag、Pt和Au中的一种，n的取值与金属M的化合价相适配。
[0018]可选的，所述步骤S4中，所述碱性溶液选自氢氧化锂水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水中的一种，所述碱性溶液的体积摩尔浓度为0.1～10 mol/L。
[0019]通过采用上述技术方案，可使多孔活性炭粉末较充分地与过渡金属氢氧化物络合而形成沉淀物。
[0020]第二方面，本申请提供了采用上述超级电容器电极材料的制备方法所制得的电极材料。
[0021]通过采用上述技术方案，采用本申请的超级电容电极材料制作阳极和阴极，所形成的超级电容器的体积比电容高于21 F/cc。
[0022]综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：
1. 采用本申请的超级电容器电极材料制作阳极和阴极，应用于超级电容器，超级电容器的体积比电容高于21 F/cc。
[0023]2.本申请所制得的多孔活性炭粉末的比表面积为300～1300m2/g，平均层间距为3.385～4.445nm。
[0024]3. 本申请将多孔活性炭粉末在酸性溶液中进行氧化处理，可促进多孔活性炭粉末与过渡金属氢氧化物的络合。
[0025]4.本申请将过渡金属水溶液加入氧化后的多孔活性炭溶液中，过渡金属源作为过渡金属氢氧化物的前驱体，随着碱性溶液的滴入，多孔活性炭粉末可较充分地与过渡金属氢氧化物络合而形成沉淀物，之后，进行过滤、洗涤、干燥处理，即可获得多孔活性炭
‑
过渡金属氢氧化物络合成的纳米复合材料。
附图说明
[0026]图1为制备例1制得的碳化后的炭材料的高分辨率透射电子显微镜（HR
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TEM）图片；图2为制备例1制得的多孔活性炭粉末的高分辨率透射电子显微镜（HR
‑
TEM）图片；图3为制备例9所制得的纳米复合材料的高分辨率透射电子显微镜（HR
‑
TEM）图片；图4为制备例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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：S1、制备多孔活性炭粉末，所述多孔活性炭粉末的比表面积为300～1300m2/g，所述多孔活性炭粉末的平均层间距为3.385～4.445nm；S2、将所述多孔活性炭粉末在酸性溶液中进行氧化处理，制得氧化后的多孔活性炭溶液；S3、将过渡金属水溶液加入氧化后的所述多孔活性炭溶液中，制得混合溶液；S4、将碱性溶液滴至所述混合溶液中，调节混合溶液的pH为8～12，使得混合溶液中析出沉淀；S5、将所述混合溶液进行过滤处理，获得沉淀物，将所述沉淀物进行洗涤、干燥，制得纳米复合材料；S6、将所述纳米复合材料、导电材料、粘合剂和分散剂按重量比为10：（0.2～2）：（0.2～2）：（0.1～30）进行混合，制得超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述多孔活性炭粉末的制备方法包括如下步骤：步骤一、将炭材料在气氛保护的条件下进行碳化处理；步骤二、将碳化后的炭材料进行活化处理；步骤三、将活化后的炭材料进行洗涤、干燥，制得所述多孔活性炭粉末。3.根据权利要求2所述的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，保护气氛为氮气或者氩气，碳化处理的温度为550～900℃。4.根据权利要求2所述的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，炭材料选自石油沥青、煤沥青、石油焦炭、煤焦炭中的一种。5.根据权利要求2所述的超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，活化处理的方式为：将碳化后的炭材料与氢氧化钾或者氢氧化钠按重量比为1：（...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜伟强，崔振龙，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳市智越盛电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：