超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容器電極材料的制備方法，尤其涉及一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器是一種介于物理電容器和化學(xué)電源之間的新型儲(chǔ)能器件，具有功率密度高、充電速度快、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好、環(huán)境友好等特點(diǎn)；主要由電極材料、隔膜、電解液及封裝材料構(gòu)成。其中，電極材料的性能參數(shù)對(duì)該類器件的技術(shù)性能有直接影響。
[0003]超級(jí)電容器主要有雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器兩種。碳基材料構(gòu)成的雙電層電容器的比電容、能量密度遠(yuǎn)不及過(guò)渡族金屬氧化物RuO2基法拉第準(zhǔn)電容器，只能用于性能要求較低的儲(chǔ)能設(shè)備。然而，Ru02基法拉第準(zhǔn)電容器的電極材料含有貴金屬元素Ru，成本較高；因此目前正在探索其它性能良好、價(jià)格較廉價(jià)的電活性材料與RuO2進(jìn)行復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)部分甚至完全代替RuO2,從而獲得性能優(yōu)良、成本低的電極材料。
[0004]過(guò)渡族金屬氧化物SnO2在結(jié)構(gòu)上與RuO2近似，屬于金紅石結(jié)構(gòu)。將其制備成電極材料后其比電容值一般為230?260F.g—S而SnO2的成本僅為RuO2的5%;將Sn02、Ru02這兩種活性材料進(jìn)行復(fù)合，則可獲得比電容值較高而成本較低的超級(jí)電容器復(fù)合電極材料。目前主要采用電沉積法來(lái)制備超級(jí)電容器的Sn02、Ru02復(fù)合電極材料，雖然該復(fù)合電極的比電容值較高、薄膜厚度均勻，但制備過(guò)程中對(duì)溶液酸堿度反應(yīng)敏感、不易控制；而且前驅(qū)體SnCl2.nH20、RuCl3.ηΗ20的利用率較低，導(dǎo)致成本較高。而采用溶膠凝膠法制備超級(jí)電容器電極材料，雖然該電極的活性物為多孔水合態(tài)，其比電容值也較高、且利于工業(yè)化生產(chǎn);但活性物粒子容易團(tuán)聚、粒徑較大，難以形成勻均分散的多孔狀活性材料，導(dǎo)致電極的性能偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，利用該方法制備的電極材料內(nèi)阻小、比電容高、成本低、性能穩(wěn)定。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括基體處理、涂刷漿料、干燥;具體方法如下:
1)用金相砂紙去除所述基體表面的氧化物；
2)將經(jīng)過(guò)打磨的基體置于超聲波清洗機(jī)中依次用丙酮、堿液清洗5min;
3)用等離子機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)清洗的基體進(jìn)行表面處理3?5min，保證火焰噴頭距離基體表面2?3cm;
4)將納米級(jí)T12與乙醇按0.5g:400ml的比例混合，然后轉(zhuǎn)入球磨機(jī)中按照正向研磨Ih、停機(jī)0.5h、反向研磨Ih的順序循環(huán)研磨15?20次，得懸濁液；
5)將所述懸濁液置于細(xì)胞破碎機(jī)中，按每超聲1.5s停機(jī)2.5s的規(guī)律進(jìn)行超聲分散處理6min； 6)將經(jīng)過(guò)超聲分散處理的懸濁液與SnCl2.nH20、RuCl3.ηΗ20、去離子水按75ml: 2g: 4g:500ml的比例混合，磁力攪拌3h，加入摩爾濃度為RuCl3.ηΗ20與SnCl2.ηΗ20混合溶液5倍的NH4HCO3水溶液，直到完全反應(yīng);靜置7?8h，得沉淀物；
7)將所述沉淀物置于180?260°C氣氛中加熱5?6h，冷卻至室溫，得Sn02/Ru02復(fù)合物粉體；
8)將所述Sn02/Ru02復(fù)合物粉體、PVDF、碳黑按8.2:0.8:1的質(zhì)量比混勻、研磨，滴加氮鉀基吡吡烙烷酮配制成粘度約為2300 MPa.s的漿料；
9)將所述漿料涂刷在經(jīng)等離子處理的基體表面，保證漿料膜厚度為6?ΙΟμπι;
10)將涂刷有漿料膜的基體置于80?110°C、真空度為0.1 MPa的環(huán)境中干燥10h。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述基體為鉭箔或鈦箔。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述磁力攪拌的轉(zhuǎn)速為550?600r/min。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，利用等離子修飾基體，并組合濕法球磨工藝、細(xì)胞破碎超聲工藝以及溶膠凝膠法，將微量納米T12粒子摻雜并高度分散在Sn02、Ru02復(fù)合物中，以增加Sn02、Ru02復(fù)合薄膜的比表面積和抗氧化能力，在形態(tài)上具有多孔、水合態(tài)納米級(jí)粒子;因此能使電極材料具有優(yōu)良的電容特性，制備的薄膜電極具有比電容較高，等效串聯(lián)電阻較小，性能穩(wěn)定，成本較低。具體分析如下:
I)微量的納米T i 02粒子與Sn02、R11O2復(fù)合，可改善電極材料的穩(wěn)定性。因?yàn)門i 02在結(jié)構(gòu)上屬于混晶型結(jié)構(gòu)，其中含鈦礦和金紅石;兩種結(jié)構(gòu)混雜可增大T12晶格內(nèi)的缺陷密度，從而增大載流子的濃度，使電子、空穴數(shù)量增加，因此具有更強(qiáng)的捕獲在T12表面的溶液組份(水、氧氣、有機(jī)物)的能力。
[0010]2)由于組合運(yùn)用了濕球磨工藝、超聲法及凝膠法，因此能使摻入的納米T12粉體對(duì)生成物起高度分散和穩(wěn)定作用，形成均勻、多孔的納米粒子，增大了 SnO2、Ru02復(fù)合粒子的比表面積，從而提高了電極材料的穩(wěn)定性、抗老化和抗粉化能力。
[0011 ] 3)由于摻入了SnO2,因此可減少過(guò)渡族貴金屬氧化物RuO2的使用量，降低了成本。
[0012]4)由于采用了等離子處理機(jī)對(duì)基體表面進(jìn)行修飾，因此能獲得非常潔凈的基體界面，從而可促進(jìn)涂敷層與基底的粘合，形成較好的附著力。
[0013]經(jīng)測(cè)試，采用本發(fā)明方法制備的復(fù)合電極材料的比電容為526Fg—S內(nèi)電阻為0.5638 Ω (電極直徑30mm、厚度0.1mm)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，其方法如下:
1)按常規(guī)方法用不同粒度的金相砂紙去除所述基體表面的氧化物；
2)按常規(guī)方法將經(jīng)過(guò)打磨的基體置于超聲波清洗機(jī)中先用丙酮清洗5min、然后再用堿液清洗5min ；
3)用等離子機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)清洗的基體進(jìn)行表面處理3?5min，保證火焰噴頭距離基體表面2?3cm;
4)將納米級(jí)T12與乙醇按0.5g: 400ml的比例混合，然后用球磨機(jī)按照正向研磨Ih、停機(jī)0.5h、反向研磨Ih的順序循環(huán)研磨15?20次，得懸濁液；
5)將所述懸濁液置于細(xì)胞破碎機(jī)中，按每超聲1.5s停機(jī)2.5s的規(guī)律進(jìn)行超聲分散處理6min；
6)將經(jīng)過(guò)超聲分散處理的懸濁液與SnCl2.nH20、RuCl3.nH20、去離子水按75ml: 2g: 4g:500ml的比例混合，按550?600r/min的轉(zhuǎn)速用磁力攪拌機(jī)攪拌3h，緩慢加入摩爾濃度為RuCl3.ηΗ20與SnCl2.ηΗ20混合溶液5倍的NH4HCO3水溶液，直到完全反應(yīng);靜置7?8h，得沉淀物；
7)將所述沉淀物置于180?260°C氣氛中加熱5?6h，冷卻至室溫，得Sn02/Ru02復(fù)合物粉體；
8)將所述Sn02/Ru02復(fù)合物粉體、PVDF、碳黑按8.2:0.8:1的質(zhì)量比混勻、研磨，滴加氮鉀基吡吡烙烷酮配制成粘度約為2300 MPa.s的漿料；
9)將所述漿料涂刷在經(jīng)等離子處理的基體表面，保證漿料膜厚度為6?ΙΟμπι;
10)將涂刷有漿料膜的基體置于80?110°C、真空度為0.1 MPa的環(huán)境中干燥10h。
[0015]所述基體為鉭箔或鈦箔。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，包括基體處理、涂刷漿料、干燥;其特征在于方法如下: 1)用金相砂紙去除所述基體表面的氧化物； 2)將經(jīng)過(guò)打磨的基體置于超聲波清洗機(jī)中依次用丙酮、堿液清洗5min; 3)用等離子機(jī)對(duì)經(jīng)過(guò)清洗的基體進(jìn)行表面處理3?5min，保證火焰噴頭距離基體表面2?3cm; 4)將納米級(jí)T12與乙醇按0.5g: 400ml的比例混合，然后轉(zhuǎn)入球磨機(jī)中按照正向研磨Ih、停機(jī)0.5h、反向研磨Ih的順序循環(huán)研磨15?20次，得懸濁液； 5)將所述懸濁液置于細(xì)胞破碎機(jī)中，按每超聲1.5s停機(jī)2.5s的規(guī)律進(jìn)行超聲分散處理6min； 6)將經(jīng)過(guò)超聲分散處理的懸濁液與311(:12.11!120、1?11(:13.11!120、去離子水按751111:28:48:500ml的比例混合，磁力攪拌3h，加入摩爾濃度為RuCl3.ηΗ20與SnCl2.ηΗ20混合溶液5倍的NH4HCO3水溶液，直到完全反應(yīng);靜置7?8h，得沉淀物； 7)將所述沉淀物置于180?260°C氣氛中加熱5?6h，冷卻至室溫，得Sn02/Ru02復(fù)合物粉體； 8)將所述Sn02/Ru02復(fù)合物粉體、PVDF、碳黑按8.2:0.8:1的質(zhì)量比混勻、研磨，滴加氮鉀基吡吡烙烷酮配制成粘度約為2300 MPa.s的漿料； 9)將所述漿料涂刷在經(jīng)等離子處理的基體表面，保證漿料膜厚度為6?ΙΟμπι; 10)將涂刷有漿料膜的基體置于80?110°C、真空度為0.1 MPa的環(huán)境中干燥10h。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于:所述基體為鉭箔或鈦箔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，其特征在于:所述磁力攬摔的轉(zhuǎn)速為550?600r/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超級(jí)電容器復(fù)合電極材料的制備方法，屬于電容器電極材料的制備方法。其方法是以SnCl2.nH2O和RuCl3.nH2O為前驅(qū)體，納米TiO2為摻雜介質(zhì)；通過(guò)濕法球磨工藝、細(xì)胞破碎超聲法使納米TiO2高度分散于乙醇中形成懸濁液，將該懸濁液與SnCl2.nH2O、RuCl3.nH2O、去離子水混合，加入NH4HCO3溶液直到完全反應(yīng)后靜置7～8h，將沉淀物燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫，得納米級(jí)SnO2/RuO2復(fù)合物，將該復(fù)合物、PVDF、碳黑按比例混合、研磨，滴加氮鉀基吡吡烙烷酮配制成漿料，將該漿料涂刷在經(jīng)等離子修飾基體上形成薄膜，真空干燥即得電極材料。本發(fā)明方法制備的復(fù)合電極材料具有比電容大、等效串聯(lián)電阻小、穩(wěn)定性、成本較低等特點(diǎn)；是一種制備電容器電極材料的方法。
【IPC分類】H01G11/46, H01G11/86
【公開(kāi)號(hào)】CN105632789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610161276
【發(fā)明人】李祥
【申請(qǐng)人】貴州理工學(xué)院, 李祥
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日