【技术实现步骤摘要】
一种基于三维材料的电极片及其制备方法
[0001]本专利技术涉及电子信息
，涉及超级电容器电极制造
，具体涉及一种主要用于新能源储能、功率存储、混合能源转化等应用方向的基于三维材料的电极片及其制备方法。
技术介绍
[0002]经济发展离不开能源，一切工业产品都是以能源为基石的。过去，化石能源如石油、天然气、煤等都是不可再生资源且在使用过程中会排出相当的有害物质。
[0003]清洁能源的利用方面存在最大的技术壁垒是在能量转化、存储与再利用方面。而在能量存储方面，过去主流使用的蓄电池、电解电容等使用化学能或进行化学反应从而储能的储能装置皆存在固有的缺陷，如充放电循环稳定性低、腐蚀性强污染环境、储能密度低等等。而以超级电容器为主的一类储能器在清洁能源能量存储方面起着举足轻重的作用。超级电容器是一种双电层电容，由于其具有寿命长、循环充放电稳定性好、低ESR、低腐蚀性、高输出功率等优点，被广泛用于电子、通信、新能源等各个领域。
[0004]目前，超级电容器的电极多是使用二维复合浆料制备得到，而二维复合浆料的带来的比容量较低，由于各行业科技飞速发展，导致基于二维复合浆料制备的超级电容器电极逐渐无法满足各个应用领域对于更大储能容量的需求。因此，基于拥有更大比容量的三维结构复合浆料的新型超级电容器具有广阔的发展前景。
技术实现思路
[0005]本专利技术的第一目的是提出的一种基于三维材料的电极片。
[0006]本专利技术的第二目的是提出的一种基于三维材料的电极片的制备方法。>[0007]本专利技术的第三目的是提出的一种基于三维材料的电极片，主要应用于增大以超级电容器为主的储能器件的储能性能。
[0008]为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于三维材料的电极片，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成。
[0009]进一步的，为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：所述的一种基于三维材料的电极片的基底材料为铝箔或泡沫镍片中的一种。
[0010]进一步的，为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：所述的一种基于三维材料的电极片的基底铝箔ω(Al)≥99.9％，厚度为50μm。
[0011]进一步的，为实现上述目的，所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法包含以下步骤：
[0012]S1、水热法制备Al
‑
MnO2三维复合电极材料：
[0013]取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当
中，磁性搅拌配制成1mol/L的硝酸铝溶液；
[0014]将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温2h～6h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为500V～700V，脉冲频率为2Hz～5Hz，处理时间为70s～110s；
[0015]保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰
‑
硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温7h～9h，保温温度为140℃～180℃；
[0016]保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置10h～14h；
[0017]静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维Al
‑
MnO2复合粉体。
[0018]S2、制备复合电极浆料：
[0019]准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、N
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甲基吡咯烷酮以及三维Al
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MnO2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为100℃～150℃，预干燥时间为3h～5h。
[0020]将N
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甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为3h～5h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维Al
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MnO2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为6h～8h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为6h～8h。完成后得到复合电极浆料。
[0021]上述三维Al
‑
MnO2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为50％～70％、10％～15％、5％～10％、5％～10％、5％～10％，N
‑
甲基吡咯烷酮用量为4ml～6ml。
[0022]S3、制备三维复合材料电极片：
[0023]将所述铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应10min～30min，所述氢氧化钠溶液质量分数为10％wt～15％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间0.5h～1.5h，干燥温度为30℃～40℃。完成后得到所述电极片基底备用。
[0024]将步骤S2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为40℃～60℃，处理时间为1h～3h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为150℃～200℃，烧结时间为1h～3h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为3MPa～6MPa，压制时间为5min～10min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。
[0025]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S1中的水浴保温时间为3h～5h，脉冲电压为550V～650V，脉冲频率为3Hz～4Hz，脉冲处理时间为80s～100s。
[0026]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S1中的水浴保温时间为4h，脉冲电压为600V，脉冲频率为3Hz，脉冲处理时间为90s。
[0027]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为7.5h～8.5h，保温温度为150℃～170℃，冷却至室温后
静置时间为11h～13h。
[0028]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为8h，保温温度为160℃，冷却至室温后静置时间为12h。
[0029]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S2中材料预干燥处理温度为110℃～140℃，预干燥处理时间为3.5h～4.5h。
[0030]进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤S2中材料预干燥处理温度为120℃，预干燥处理时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三维材料的电极片，其特征在于，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成；所述电极片基底材料为铝箔或泡沫镍片中的一种。所述基底铝箔ω(Al)≥99.9％，厚度为50μm。2.根据权利要求1所述的一种基于三维材料的电极片，其特征在于，所述电极片的制备方法包含以下步骤：S1、水热法制备Al
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MnO2三维复合电极材料：取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当中，磁性搅拌配制成1mol/L的硝酸铝溶液；将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温2h～6h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为500V～700V，脉冲频率为2Hz～5Hz，处理时间为70s～110s；保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰
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硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温7h～9h，保温温度为140℃～180℃；保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置10h～14h；静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维Al
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MnO2复合粉体。S2、制备复合电极浆料：准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、N
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甲基吡咯烷酮以及三维Al
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MnO2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为100℃～150℃，预干燥时间为3h～5h。将N
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甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为3h～5h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维Al
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MnO2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为6h～8h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为6h～8h。完成后得到复合电极浆料。上述三维Al
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MnO2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为50％～70％、10％～15％、5％～10％、5％～10％、5％～10％，N
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甲基吡咯烷酮用量为4ml～6ml。S3、制备三维复合材料电极片：将铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应10min～30min，所述氢氧化钠溶液质量分数为10％wt～15％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间0.5h～1.5h，干燥温度为30℃～40℃。完成后得到所述电极片基底备用。将步骤S2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成...
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