專利名稱：一種氧化釕電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化釕電極材料的制備方法，尤其涉及一種超級電容器用氧化釕電極材料的制備方法。技術(shù)背景隨著化石能源(石油、煤和天然氣)的逐步枯竭和化石能源的使用對環(huán)境和生態(tài)影響的日益嚴(yán)重，節(jié)約和高效潔凈使用能源越來越受到重視。超級電容器，也被稱為電化學(xué)電容器，是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能器件，具有比傳統(tǒng)電容器高得多的能量密度和比電池大得多的功率密度，作為高效儲能器件之一受到廣泛的關(guān)注。電極材料是影響超級電容器性能的關(guān)鍵性因素。電極材料主要有3大類高比表面積的碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物材料。在各種電極材料中，無定形水合氧化釕(通常被簡稱為氧化釕)電極材料不僅具有高的理論比容量(> 1000F/g)和高的電導(dǎo)率(> 100S/ cm)，而且還具有寬的電位窗和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，因此，是一種被公認(rèn)為性能最優(yōu)異的超級電容器電極材料。通常制備氧化釕電極材料的方法主要分為先用化學(xué)法制備氧化釕粉末再涂覆在集電極表面和電化學(xué)法直接在集電極表面制備氧化釕兩種。前者雖然容易規(guī)?；a(chǎn)，但需要在化學(xué)法制備的氧化釕中添加粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑制成漿料，再涂覆在集電極表面(例如專利文獻1)。因此存在如下問題1、在電極材料中加入了電氣絕緣的粘結(jié)齊U，會增加電極材料的內(nèi)阻而降低最大輸出功率密度(最大功率密度Pmax = V2/(4R)，V為電壓，R為內(nèi)阻)；2、添加導(dǎo)電劑雖然可以降低內(nèi)阻而緩解這一問題，但導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑這兩種添加劑的加入會降低電極材料中活性物質(zhì)的含量而明顯降低電極的比容量；3、粘結(jié)劑在長期使用過程中、特別是在高溫環(huán)境使用時易失效，粘結(jié)劑失效后氧化釕粉末將脫離集電極而導(dǎo)致器件失效。電化學(xué)法制備的氧化釕具有如下優(yōu)點1、氧化釕在集電極表面直接成膜，工藝簡單；2、不需要粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑，因而內(nèi)阻低、容量高；3、電極厚度均勻，膜厚可以通過沉積電量控制。然而，電化學(xué)制備氧化釕存在如下問題氧化釕沉積電位較高， 難以直接在鈦、鉭和石墨等常用金屬集電極表面沉積，目前通常采用先在鈦、鉭和石墨等常用金屬集電極表面熱分解一層氧化釕作為預(yù)涂層，然后在預(yù)涂層表面電化學(xué)法沉積氧化釕電極，這樣不僅增加了工藝復(fù)雜性，而且制備的氧化釕內(nèi)應(yīng)力大，附著強度低，需要在200°C 以上進行退火，退火過程無定形水合氧化釕易脫水而部分生成不含水的二氧化釕，并且在更高的溫度下，部分無定形水合氧化釕還會結(jié)晶，這兩者都將降低其電化學(xué)容量性能。因此，目前基于氧化釕的電極材料仍采用先制備氧化釕再添加粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等后涂覆在集電極上的方法制備(例如專利文獻2和3)，盡管該方法存在上述問題。專利文獻1 [公開號 CN 101269851A]專利文獻2 [公開號CN 1345074A]專利文獻3 [公開號CN 1963966A]

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)工藝簡單、電化學(xué)容量性能優(yōu)異和能大規(guī)模生產(chǎn)的一種氧化釕電極制備工藝。本發(fā)明旨在提供一種在電極材料上涂覆含釕的低價化合物后進行熱分解制備無定形水合氧化釕電極材料的方法，其特征是其藝步驟依次為(1)將含釕的低價穩(wěn)定化合物與溶劑混合調(diào)制成漿料；
(2)將配制好的漿料均勻涂覆在電極表面，形成均勻的表面涂層；(3)將涂覆有漿料的電極在室溫下晾干或在50 100°C預(yù)烘干；(4)將晾干或預(yù)烘干的上述電極放到有水蒸汽的加熱爐中，恒溫一段時間后取出。含釕的低價穩(wěn)定化合物是指釕的鹵化物三氯化釕RuCl3及其水合物RuCl3 -XH2O或碘化釕RuI3及其水合物RuI3 ·χΗ20,或者鹵化物與二氧化釕RiA或水合物RiA ·χΗ20的混合物，所指溶劑包括水或乙醇或水和乙醇的混合液，含釕化合物和溶劑的質(zhì)量比為1 0. 1 20之間，電極材料為鈦、鉭或石墨。上述所指的溶劑還包括乙二醇或丙酮，或水與乙二醇的混合液或水與丙酮的混合液。本發(fā)明晾干或預(yù)烘干的涂有漿料的電極在加熱爐中熱分解溫度150 300°C，水蒸汽濃度IKPa lOOKPa，熱分解時間1 證。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點本發(fā)明在水汽保護下在加熱爐中熱分解含釕化合物制備無定形水合氧化釕電極材料，不僅可以降低含釕化合物的分解溫度，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)能耗，而且可以防止無定形水合氧化釕的脫水和結(jié)晶，因此可以提高熱分解法制備的氧化釕電極材料的電化學(xué)容量性能。并且不同于傳統(tǒng)的水熱法需要在密閉的水熱反應(yīng)釜中進行，因此該易于規(guī)?；a(chǎn)。該發(fā)明通過熱分解含釕化合物直接在集電極上制備無定形水合氧化釕，不需要粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等添加劑，不僅工藝簡單，而且獲得的氧化釕電極比容量高、內(nèi)阻低。
具體實施例方式實施例1，將水合三氯化釕Ig加入水和乙醇的混合溶劑IOg中配置成漿料，水和乙醇質(zhì)量比1 1，然后將漿料均勻涂覆在φ 33mm鈦電極上，(不一定將漿料涂完)，在80°C預(yù)烘干后將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調(diào)節(jié)水蒸氣濃度為 lOltfa和熱分解溫度為230°C，熱分解3小時后即可獲得均勻覆蓋有無定形水合氧化釕材料的鈦集電極，經(jīng)檢測其平均比容量為500F/g，平均導(dǎo)電率為120S/cm。實施例2，將Ig碘化釕RuI3加入6g丙酮中配置成漿料，然后將漿料均勻涂覆在 Φ 33mm鈦電極上，(不一定將漿料涂完)在50°C預(yù)烘干后將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調(diào)節(jié)水蒸氣濃度為IOkPa和熱分解溫度為150°C，熱分解1. 5小時后即可獲得均勻覆蓋有無定形水合氧化釕材料的鈦集電極，經(jīng)檢測其平均比容量為480F/g，平均導(dǎo)電率為 110S/cm。實施例3，將水合三氯化釕、氧化釕RuA各Ig加入20g乙醇中配置成漿料，然后將漿料均勻涂覆在Φ 33mm鉭電極上(不一定將漿料涂完)，在100°C預(yù)烘干后將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調(diào)節(jié)水蒸氣濃度為SkPa和熱分解溫度為280°C，熱分解4小時后即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經(jīng)檢測其平均比容量為400F/g，平均導(dǎo)電率為 300S/cm。實施例4，將水合三氯化釕、水合氧化釕RuA各Ig加入水和乙醇的混合溶劑20g 中配置成漿料，水和乙醇質(zhì)量比1 1，然后將漿料均勻涂覆在<i)33mm鉭電極上(不一定將漿料涂完)，在100°C預(yù)烘干后將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調(diào)節(jié)水蒸氣濃度為 SOkPa和熱分解溫度為300°C，熱分解5小時后即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經(jīng)檢測其平均比容量為550F/g，平均導(dǎo)電率為130S/cm。
實施例5，將Ig三氯化釕加入水和乙二醇的混合溶劑IOg中配置成漿料 ，水和乙二醇質(zhì)量比1 0.5，然后將漿料均勻涂覆在<i)33mm鉭電極上(不一定將漿料涂完)，在100°C 預(yù)烘干后將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調(diào)節(jié)水蒸氣濃度為SOkPa和熱分解溫度為300°C，熱分解5小時后即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經(jīng)檢測其平均比容量為 500F/g，平均導(dǎo)電率為150S/cm。
權(quán)利要求
1.一種氧化釕電極材料的制備方法，其特征是其工藝步驟依次為(1)將含釕的低價穩(wěn)定化合物與溶劑混合調(diào)制成漿料；(2)將配制好的漿料均勻涂覆在電極表面，形成均勻的表面涂層；(3)將涂覆有漿料的電極在室溫下晾干或在50 100°C預(yù)烘干；(4)將晾干或預(yù)烘干的上述電極放到有水蒸汽的加熱爐中，恒溫一段時間后取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化釕電極材料的制備方法，其特征是含釕的低價穩(wěn)定化合物是指釕的鹵化物三氯化釕RuCl3及其水合物RuCl3 · XH2O或碘化釕RuI3及其水合物 RuI3 · XH2O,或者鹵化物與二氧化釕RuA或水合物RuA · χΗ20的混合物，所指溶劑包括水或乙醇或水和乙醇的混合液，含釕化合物和溶劑的質(zhì)量比為1 0.1 20之間，電極材料為鈦、鉭或石墨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氧化釕電極材料的制備方法，其特征是是溶劑還包括乙二醇或丙酮，或水與乙二醇的混合液，或水與丙酮的混合液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氧化釕電極材料的制備方法，其特征是晾干或預(yù)烘干的涂有漿料的電極在加熱爐中熱分解溫度150 300°C，水蒸汽濃度IKPa lOOKPa，熱分解時間1 5h。
全文摘要
本發(fā)明是一種氧化釕電極材料制備方法，涉及一種超級電容器用氧化釕電極材料制備領(lǐng)域，通過熱分解方式在電極上獲得氧化釕的電極材料，其步驟是將含釕化合物制成漿料，然后將漿料涂覆在集電極上，預(yù)烘干后在水蒸氣保護下進行熱分解，通過調(diào)節(jié)水蒸氣濃度和熱分解溫度即可獲得性能優(yōu)異的無定形水合氧化釕電極材料。該方法工藝簡單，易于規(guī)?；a(chǎn)，所制備的無定形水合氧化釕電極材料具有比容量高、內(nèi)阻低和性能穩(wěn)定等特點。
文檔編號H01G9/042GK102169759SQ20101059352
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者張選紅, 徐友龍, 王杰, 蔣春強, 蒙林斌, 馬建華 申請人:中國振華(集團)新云電子元器件有限責(zé)任公司