[发明专利]超级电容器电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器电极及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：将石墨质材料与粘合剂、溶剂混合，制成浆料；将所述浆料涂布于集流体，干燥，得石墨电极；以所述石墨电极作为电极，置于电解液中，施加电压进行电化学处理，即得所述超级电容器电极，其中，所述电压应合理控制在所述石墨电极在一定电解液条件下的电解起始电压与剥落电压之间。该方法摈弃了现有技术通常采用的以石墨烯作为原料进行涂覆的制作方法，直接以常规的石墨质材料作为原料制作石墨电极，有效提高制备得到的超级电容器电极的比容量，方法简便、成本低，便于工业应用。

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种超级电容器电极及其制备方法。

背景技术

传统化石能源资源的日益匮乏和环境的日趋恶化，促使了太阳能和风能等可再生能源的发展。但太阳能、风能具有波动性和间歇性，需要有效的储能装置保证其能够稳定的在电网中并网工作。同时，电动汽车产业的快速发展也迫切需要发展成本低、环境友好、高功率的能量管理装置。

超级电容器，也称电化学电容器，是介于传统电容器和二次电池之间的一种电化学储能装置，是基于高比表面积炭电极/电解液界面产生的双电层电容，或者基于过渡金属氧化物或导电聚合物的表面及体相所发生的氧化还原反应来实现能量的储存，其容量可达几百甚至几千法拉。作为一种新型储能装置，超级电容器具有输出功率高、充电时间短、使用寿命长、工作温度范围宽、安全且无污染等优点，有望成为本世纪新型的绿色电源。目前，超级电容器已经作为储能部件应用在混合动力公交车、增程式电动公交车、燃料电池汽车、城市轨道交通、纯电动汽车上，主要与其他能量部件(发动机、蓄电池、燃料电池)并联工作，提供车辆启动需求的高功率，承受制动能量回馈和大电流快速充电的高功率冲击。对于超级电容器，电极是关键，目前对电极的要求通常是高比表面积、高电导率和电化学稳定性。

现有的超级电容器电极主要通过在集流体上涂覆活性碳、石墨烯等制作而成。其中，活性碳的导电性能较石墨烯差，导致电容器串联电阻较大，石墨烯则具有优异的导电性、柔韧性、力学性能和很大的比表面积(理论单层石墨烯比表面积为2630m²/g)，自身可作为双电层超级电容器的电极材料。但无论是石墨烯、氧化石墨烯(GO)还是还原氧化石墨烯(RGO)，它们在制备过程中均容易发生堆叠，影响石墨烯材料在电解质中的分散性和表面可浸润性，降低了石墨烯材料的有效比表面积和电导率，同时，由于石墨烯是二维的片层结构，因此将其配成浆料涂在金属集流体上，石墨烯往往是平行的贴在金属集流体上，不利于电荷传输和离子扩散，因此制备得到的超级电容器电极的比容量通常较低，电阻较大。

发明内容

基于此，有必要提供一种超级电容器电极的制备方法。

一种超级电容器电极的制备方法，包括如下步骤：

将石墨质材料与粘合剂、溶剂混合，制成浆料；

将所述浆料涂布于集流体，干燥，得石墨电极；

以所述石墨电极作为电极，置于电解液中，施加电压进行电化学处理，即得所述超级电容器电极，其中，所述电压采用如下方法确定：

以所述石墨电极作为电极，置于所述电解液中，进行电压线性扫描，记录电流-电压曲线斜率绝对值开始变大的点对应的电解起始电压和所述石墨电极上的石墨质材料开始剥落时电流-电压曲线上对应的剥落电压，所述电压在所述电解起始电压与所述剥落电压之间取值。

本发明所述超级电容器电极的制备方法，摈弃了现有技术通常采用的以石墨烯作为原料进行涂覆的制作方法，直接以常规的石墨质材料作为原料，先制作石墨电极，再在适当的电压与电解液条件下对石墨电极进行电化学处理，可使集流体上的石墨质材料的层状结构产生一定程度的解离，但不脱落仍然保存和集流体的良好电性接触，使得比表面积增大。同时，由于是将石墨质材料涂敷在集流体上后直接在溶液中进行电化学解离，因此会形成了一个有效的离子输运通道，便于充放电过程中的离子输运，并有效提高超级电容器电极的比容量。