[发明专利]一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种电极材料及制备方法，具体涉及一种用于制备超级电容器的电极材料及制备方法。

背景技术

超级电容器是又称超大容量电容器或电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件。超级电容器具有可瞬间释放特大电流，具有快速充放电、循环寿命长、无记忆效应等特点，且其比电容高于传统电容器，功率密度高于电池，是一种新的储能元件，在通讯、电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。超级电容器按储能机理可分为双电层电容器和赝电容器。前者电极材料主要为高比表面积的碳材料，以电极和电解液内界面形成的双电层存储能量；后者电极材料为过渡金属氧化物或导电聚合物，以活性物质表面及体相所发生的快速可逆的氧化还原反应形式储存能量。其中赝电容器具有比双电层电容器更高的能量密度和功率密度，因而受到更为广泛的研究。

在众多的金属氧化物电极材料中，镍基电极材料以其丰富的资源、良好的环境相容性、低廉的价格，以及高的理论比电容而备受关注。例如，连理工大学的张莉等(公开号：CN102623187A)就公布了一种超级电容器氢氧化镍电极材料的制备方法，其特征是通过控制沉淀剂析出速度，即控制稀释区石英砂的厚度和主反应室的加热温度，以此来控制反应速度。该技术制备的电极材料具有较高的比电容和循环寿命。美国巴泰勒纪念研究所的                                                里塞等(公开号：CN102656650 A)公布了一种镍-钴超级电容器及其制备方法，该电容器拥有较好的快速充放电性能。河南煤业化工集团研究院有限责任公司的贾金才等(公开号：CN102324322 A)公布了一种超级电容器正极材料稀土掺杂LiNi_0.5Mn_1.5O₄的制备方法。所得材料具有较高的比电容。

然而，由于所制得镍基材料活性面积较低，导电性以及离子传输速率较低，导致镍基电容器的比容量还远低于理论值。此外，由于材料结构稳定性差，其连续充放电的稳定性还有待进一步提高。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构稳定、性能良好、低成本、易于工业化生产的超级电容器电极材料及其制备方法。

本发明的电极材料由碳化硅、碳纳米管、过渡金属组成，其中过渡金属相对于碳化硅的质量百分含量为4%-37%，碳纳米管相对于碳化硅的质量百分含量为10%-500%。

如上所述的过渡金属为Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或几种。     本发明的具体制备步骤如下：

（1）将碳化硅粉末分散于水溶液中搅拌均匀，得到料浆A；

（2）将表面活性剂、过渡金属的盐、尿素依次加入料浆A中，搅拌均匀，得到料浆B；

（3）    将料浆B加热升温至60-240⁰C，反应1-48h，得到产物C；

（4）将产物C离心分离，并在60-120⁰C下烘干后，放入马弗炉升温至400-800⁰C，煅烧2-8h，得到产物D；

（5）将产物D装入反应器，反应器一端接含碳气体，一端接到尾气处理装置，通过对反应器进行加热，在400-900⁰C下裂解含碳气体，含碳气体体积空速为500-4000/h，反应时间为1-10h，即得本发明的的最终产物——电极材料；

如上所述的碳化硅与水质量比为5-50/1000。碳化硅的比表面积为30-200 m²/g.

所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮或十二烷基氨基丙酸。

如上所述的过渡金属的盐为Fe、Co、Ni、Cu、Zn的硝酸盐、氯化盐或乙酸盐。

如上所述的表面活性剂、尿素与碳化硅的质量比为20-200:50-200：100。

所述的含碳气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯或丙烯一种或几种。

本发明的有益效果如下：