一種復合鉭電容器的陰極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電化學電容器技術領域，尤其是涉及一種復合鉭電容器的陰極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]電化學電容器是一種基于法拉第氧化還原反應儲能機理，兼具電池和傳統電容器特點的儲能器件，在國防裝備，綠色能源、軌道交通、電動汽車領域都有廣泛的應用前景。根據電極材料的不同，電化學電容器分為金屬氧化物電容器和導電聚合物電容器，其中金屬氧化物氧化釕是目前被公認最理想的電容器電極材料，但是氧化釕單獨作為電極材料價格昂貴、分散性差，氧化釕與電解液接觸面積有限，限制了氧化釕的優越性能。為了提高材料利用率和電極性能、降低電極成本，將氧化釕沉積在碳材料上制備成復合陰極材料，既可以增加氧化釕與電解液的接觸面積，同時又可以克服電極成本高、循環性能差等缺點。
[0003]目前主要的碳材料有活性炭、碳納米管、碳納米纖維、石墨烯等。碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成中空的管體，是一種準一維納米材料，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，碳納米管兼具比表面積利用率高以及良好的導電性，同時碳納米管可以提高氧化釕分散性。但由于范德華力以及表面能的作用，碳納米管易團聚纏繞，限制了電解液中離子的擴散，因此有必要對它進行處理，增加碳納米管的分散性和親水性。石墨烯是碳原子形成的二維蜂窩狀晶格結構的一種新型碳材料，具有良好的功率特性。但由于單獨使用石墨烯和氧化釕復合制備的電極，無法使沉積在石墨烯整個表面的氧化釕與電解液良好接觸，限制了復合電極的性能。
[0004]針對以上材料的不足，有必要開發一種適合大規模工業生產的復合鉭電容器的陰極材料及電極制備方法，增加氧化釕與電解液的接觸面積，提高復合電極的比容量和功率
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【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種復合鉭電容器的陰極材料及其制備方法，該方法工藝簡單、成本低、循環特性好，能有效提高電極片的比容量和功率密度。
[0006]本發明的一種技術方案是這樣實現的:一種復合鉭電容器的陰極材料，各物質所占質量百分比分別為:水合氧化釕27%至73%、高親水性多壁碳納米管16%至49%、氧化石墨烯5%至15%、導電劑I %至10%、粘結劑3%至8%。
[0007]本發明的另一種技術方案是這樣實現的:一種復合鉭電容器的陰極材料的制備方法，按以下步驟進行:步驟I，將多壁碳納米管分散在混合強酸中攪拌均勻，60°C至100°C高溫處理2h至Sh后，抽濾、水洗、干燥后得到高親水性多壁碳納米管；步驟2，將水合三氯化釕溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml至20mg/ml的三氯化舒溶液，將氧化石墨稀和高親水性多壁碳納米管研磨均勻的混合物加入三氯化釕溶液中，攪拌0.5h至Ih，150°C至2000C水熱反應Sh至12h后，抽濾、水洗、醇洗、150 °C至200 0C干燥24h后制得復合鉭電容器的陰極材料；步驟3，鉭箔經1MPa壓片0.5h，丙酮去油，堿液清洗，混合強酸去氧化膜等處理，100°C至120°C干燥2h后得清潔表面的鉭箔;步驟4，將粘結劑與N-甲基吡咯烷酮超聲振蕩0.5h至Ih后得到膠體溶液，將復合電極材料和導電劑研磨均勻的混合物，超聲處理0.5h至Ih后，加入膠體溶液中，攪拌2h至3h后熱壓在鉭箔上。將涂覆后的鉭箔經45 0C至600C干燥4h，90°C至120°C干燥I h后，真空170 °C至220 °C燒結0.5h制得復合鉭電容器的電極。
[0008]作為一種優選的技術方案，所述的電極是鉭基氧化釕-納米碳復合電極。
[0009]作為一種優選的技術方案，所述的混合強酸包括濃硝酸、濃硫酸、過氧化氫的一種或者多種。
[0010]作為一種優選的技術方案，所述的粘結劑包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素的一種或者多種。
[0011]作為一種優選的技術方案，所述的導電劑包括乙炔黑、導電石墨、導電炭黑、石墨烯、碳納米管的一種或者多種。
[0012]采用了上述技術方案，本發明的有益效果為:本發明通過將準一維材料高親水性多壁碳納米管和二維材料多層氧化石墨烯復合，搭建了一個三維立體親水性的空間電極結構，將氧化釕均勻沉積在三維電極結構上，有效增加了氧化釕與電解液溶液的接觸面積，充分發揮氧化釕的優異性能，提高了鉭基氧化釕電極的比容量和功率密度。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本發明復合電極材料三維碳結構示意圖。
[0015]圖2為本發明復合鉭電容器的陰極材料的SEM圖。
[0016]圖3為本發明復合鉭電容器的電極片在不同掃描速率下的循環伏安圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0018]實施例1
[0019]如圖1-圖3所示:復合電極材料各物質所占質量百分比分別為:水合氧化釕40%、高親水性多壁碳納米管32%、氧化石墨烯13%、導電劑10%、粘結劑5%。
[0020]步驟I，將多壁碳納米管分散在混合強酸中攪拌均勻，60°C至100°C高溫處理2h至Sh后，抽濾、水洗、干燥后得到高親水性多壁碳納米管；
[0021 ] 步驟2，將水合三氯化^!了溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml至20mg/ml的三氯化釕溶液，將氧化石墨烯和步驟I中制得的高親水性多壁碳納米管研磨均勻的混合物加入三氯化釕溶液中，攪拌0.5h至Ih，150 °C至200 0C水熱反應8h至12h后，抽濾、水洗、醇洗、150 °C至200°C干燥24h后制得復合鉭電容器的陰極材料；
[0022]步驟3，鉭箔經1MPa壓片0.5h，丙酮去油，堿液清洗，混合強酸去氧化膜等處理，100 °C至120 0C干燥2h后得清潔表面的鉭箔；
[0023]步驟4，將粘結劑與N-甲基吡咯烷酮超聲振蕩0.5h至Ih后得到膠體溶液，將步驟2制得的復合陰極材料和導電劑研磨均勻的混合物，超聲處理0.5h至Ih后，加入膠體溶液中，攪拌2h至3h后熱壓在步驟3得到的鉭箔上，將涂覆后的鉭箔經45°C至60°C干燥4h，90°C至120 °C干燥I h后，真空170 °C至220 °C燒結0.5h制得復合鉭電容器的電極。
[0024]實施例2
[0025]復合電極材料各物質所占質量百分比分別為:水合氧化釕50%、高親水性多壁碳納米管30%、氧化石墨烯10%、導電劑5%、粘結劑5%。
[0026]步驟I，將多壁碳納米管分散在混合強酸中攪拌均勻，60°C至100°C高溫處理2h至Sh后，抽濾、水洗、干燥后得到高親水性多壁碳納米管；
[0027]步驟2，將水合三氯化^!了溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml至20mg/ml的三氯化釕溶液，將氧化石墨烯和步驟I中制得的高親水性多