一种储能用二氧化钌复合电极的制备方法技术

本发明专利技术提出一种储能用二氧化钌复合电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a)将不同含量的二氧化钌材料与粘结剂、增稠剂、碳及去离子水在剪切搅拌设备中混合，制成二氧化钌含量不同、粘度不同的多种浆料；b)将二氧化钌含量最低的浆料涂覆到集流体上，烘干成型；c)使用步骤b)的方法涂覆多层浆料。本发明专利技术获得的二氧化钌复合电极与集流体结合更紧密，具有高容量和长寿命等特点，可广泛应用于国防和民用等储能领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学电源领域，特别地涉及。
技术介绍
超级电容器(Super capacitor, Ultra capacitor)又称“电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC) ”是一种介于传统电容器与电池之间的新型化学储能器件。相比传统电容器，它有更高的能量密度，静电容量能达数百甚至上千法拉；相比电池，它有更高的功率密度和超长的循环寿命，因此它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源。它具有比容量高、功率大、寿命长、工作温限宽、免维护等特点。 按照储能原理的不同，超级电容器一般分为两大类一类是基于电极/电解质界面电荷分离所形成的双电层(Double Layer)原理储能,另一类是基于电极表面快速的氧化还原反应所产生的法拉第“准电容”原理储能。按照电极构造分类不同，超级电容器又可分为对称型(Symmetric)和非对称型(Asymmetric ;有时称混合型，Hybrid)两类,前者以活性碳-活性碳(CC)最为常见，最典型的例子为美国Maxwell公司的产品，后者以活性碳-金属氧化物(CMO)最为常见，典型的例子为活性碳-氧化镍(CNiO)和氧化钽-二氧化钌(TaRuO)。其中，水合二氧化钌(RuO2. XH2O)具有极高的比电容(比活性碳大I倍以上)和金属一般的导电性，因此，在军事航天等国防和特定领域具有重要应用，特别是阳极为五氧化二钽、阴极为水合二氧化钌构成的混合型超级电容器(通常称为“钌钽电容器”)，因其具有优异的频率响应特性和高低温稳定性而在国防领域独霸天下。作为钌钽电容器的核心部件，其电极制作一直是技术难题，其原因主要有两点一是由于二氧化钌材料特殊的表面特性，导致制作成的电极表面容易开裂，导致与集流体接触不佳，最终影响活性材料电化学性能的发挥和寿命 ;二是由于二氧化钌的电化学反应主要集中在二维和准三维的空间，因此电极不能制作得太厚，否则会严重影响电极性能，这就意味着现有技术限制了其在某些要求高储能密度的场合中的应用。经过检索，目前尚未有相关的技术公开。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术难点，提供，使二氧化钌复合电极与集流体结合更紧密，具有高容量和长寿命等特点。本专利技术提出，其特征在于包括如下步骤 a)将不同含量的二氧化钌材料与粘结剂、增稠剂、碳及去离子水在剪切搅拌设备中混合，制成二氧化钌含量不同、粘度不同的多种浆料； b)将二氧化钌含量最低的浆料涂覆到集流体上，烘干成型；c)使用步骤b)的方法涂覆多层浆料。较优地，第一层所述浆料二氧化钌的含量为0_20%。较优地，所述浆料二氧化钌的含量不超过85%。较优地，所述多层浆料的粘度从里向外逐渐减小。较优地，所述粘结剂优选四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠。较优地，所述增稠剂优选纤维素醚、聚丙烯酰胺、钛酸酯、阿拉伯树胶、硅凝胶、明月父和琼脂等。较优地，所述碳优选碳黑、石墨、石墨烯、SuperP,乙炔黑、活性碳、BP2000、VulcanXC-72、VulcanXC_72R、碳纳米管和碳纤维等。 较优地，所述涂覆为喷涂、刷涂、涂布等方法 较优地，所述二氧化钌为水合二氧化钌、无水合二氧化钌的一种或二者的混合体。较优地，所述集流体材质为钛、石墨或不锈钢，材质形状为板材、箔材或棒材。较优地，所述多层浆料为大于2层。本专利技术获得的二氧化钌复合电极与集流体结合更紧密，具有高容量和长寿命等特点，可广泛应用于国防和民用等储能领域。具体实施例方式下面详细说明本专利技术的具体实施例。本专利技术提出，包括如下步骤 a)将不同含量的二氧化钌材料与粘结剂、增稠剂、碳及去离子水在剪切搅拌设备中混合，制成二氧化钌含量不同、粘度不同的多种浆料； b)将二氧化钌含量最低的浆料涂覆到集流体上，烘干成型； c)使用步骤b)的方法涂覆多层浆料。制成的复合电极中二氧化钌的分布为梯度分布，远离集流体二氧化钌的含量逐渐升高。其中二氧化钌为水合二氧化钌、无水合二氧化钌的一种或二者的混合体。第一层浆料二氧化钌的含量为0-20%。浆料中二氧化钌的含量不超过85%。各层浆料的粘度不同，第一层粘度最大，越往外粘度越小。粘结剂优选四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠。增稠剂优选纤维素醚、聚丙烯酰胺、钛酸酯、阿拉伯树胶、硅凝胶、明胶和琼脂等。碳优选碳黑、石墨、石墨烯、SuperP、乙炔黑、活性碳、BP2000、VulcanXC-72、VulcanXC_72R、碳纳米管和碳纤维等。涂覆为喷涂、涂布等方法。集流体材质为钛、石墨或不锈钢，材质形状为板材、箔材或棒材。采用电化学中经典的三电极体系，对所制成的电极进行容量和循环寿命测试(电解液为38%的硫酸溶液，电位区间为0-1. 0V)，以评估其比容量和电化学稳定性。实施例I : 将IOOmg市售水合二氧化钌按1:2:3:4质量比分成4份,分别与一定含量的SuperP、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶和去离子水剪切混合成粘稠度不同的浆料4批，粘度分别为8000，6000，4000，2800。其中，每批的SuperP、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶的干重比均为4:1:0. 2，且总量相同。采用岩田手持式喷枪将第I批浆料担载到经过除油、表面粗造化的钛箔(厚度为IOOMffl)，然后在1000W烤炉上现场烘干5分钟。接着，以顺序将第2-4批浆料依次担载到前次烘干的电极表面上，形成1-4层、二氧化钌含量依次递增的复合电极层。最后将复合电极在直径为80mm的轧膜机上压实，在80°C鼓风干燥箱中烘干10小时后进行电化学容量和稳定性实验。作为对比，采用现有技术，一次性将IOOmg 二氧化钌材料制成电极，在相同条件下测试其容量和稳定性。结果发现，采用本专利技术的复合电极表面无微观开裂，活性二氧化钌的比电容为880F/g，50mV/s的循环扫描5000周后其容量衰仅为3. 5%。对比的电极存在明显的微开裂，其容量仅为600F/g，同样扫描速度下，5000周后的容量衰减达 7. 3%ο实施例2 将IOOmg市售水合二氧化钌按1:2:3:4质量比分成4份,分别与一定含量的SuperP、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯和去离子水剪切混合成粘稠度不同的浆料4批，粘度分别为8000，6000，4000，2800。其中，每批的SuperP、羧甲基纤维素钠和聚四氟乙烯的干重比均为4:1:0. 2，且总量相同。采用手动刷涂方式将第I批浆料担载到厚度为300Mm的石墨板上，然后在1000W烤炉上现场烘干3分钟。接着，以顺序将第2-4批浆料依次担载到前次烘干·的电极表面上，形成1-4层、二氧化钌含量依次递增的复合电极层。最后将复合电极在直径为80mm的轧膜机上压实，在80°C鼓风干燥箱中烘干10小时后进行电化学容量和稳定性实验。结果发现，采用本专利技术的复合电极表面无微观开裂，活性二氧化钌的比电容为950F/g，50mV/s的循环扫描5000周后其容量衰仅为2. 8%。实施例3 将150mg市售水合二氧化钌按1:2:3质量比分成3份，分别与一定含量的SuperP、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯和去离子水剪切混合成粘稠度不同的浆料3批，粘度分别为6000，5000，3500。其中，每批的SuperP、羧甲基纤维素钠和聚四氟乙烯的干重比均为4:1:0.2，且总量相同。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能用二氧化钌复合电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a)？将不同含量的二氧化钌材料与粘结剂、增稠剂、碳及去离子水在剪切搅拌设备中混合，制成二氧化钌含量不同、粘度不同的多种浆料；b)将二氧化钌含量最低的浆料涂覆到集流体上，烘干成型；c)？使用步骤b)的方法涂覆多层浆料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张熙贵，华黎，安仲勋，曹小卫，虞佳菲，
申请(专利权)人：上海奥威科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：