[发明专利]一种铁酸镍基锂离子混合电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁酸镍基锂离子混合电容器及其制备方法，具体涉及一种铁酸镍 基三元复合材料为电极材料的锂离子混合电容器及其制备方法，属于电池和超级电容 器技术领域。

背景技术

锂离子混合电容器是一种正负极分别使用锂离子电池与超级电容器电极材料的 储能器件，具有高能量密度与功率密度。目前所报道的锂离子混合电容器，电池材料 一极多使用石墨、金属氧化物、钛酸锂等可进行脱嵌锂的材料，而在电容材料一极则 使用多孔碳、活性炭、碳纳米管等双电层电容材料。目前日本市场上已经出现了一种 石墨基锂离子混合电容器，但石墨的容量仅为372mAhg^-1，极大程度上限制了锂离 子混合电容器的能量密度。

文献(Yi,Ran,etal."High‐PerformanceHybridSupercapacitorEnabledbyaHigh ‐RateSi‐basedAnode."AdvancedFunctionalMaterials24.47(2014):7433-7439.)中公 开了一种用硅基材料制备得到的锂离子混合电容器，能量密度可达128Whkg^-1。虽然 硅基材料的容量高，但其导电性很差，为改善其导电性文献中使用了煅烧掺杂硼元素、 热沉积碳层等一系列操作，过程复杂，消耗了大量的能源，实验中使用了易燃易爆的 乙炔气体，具有一定的危险性。

文献(Wang,Rutao,etal."FastandLargeLithiumStoragein3DPorousVN Nanowires–GrapheneCompositeasaSuperiorAnodeTowardHigh‐PerformanceHybrid Supercapacitors."AdvancedFunctionalMaterials25.15(2015):2270-2278.)报道了一种 VN/石墨烯复合材料与多孔碳所组装成的锂离子混合电容器。该混合电容器中VN/石 墨烯复合材料需经过氩气/氨气高温处理，所使用的多孔碳需要经过聚苯胺纳米线碳 化，氢氧化钾活化过程才可得到，步骤繁琐，成本高，能量消耗大，不适合大规模的 工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、低能耗、具有高能量密度的锂离子混合电容器及 其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种铁酸镍基锂离子混合电容器的正极材 料，所述的正极材料是将活性炭与石墨烯按质量比90-98:10-2进行混合后制得。

一种铁酸镍基锂离子混合电容器的负极材料，所述的负极材料由如下步骤制备：

步骤1，将硝酸铁，硝酸镍，加入乙醇溶液中，搅拌至溶解；所述的硝酸铁与硝 酸镍的摩尔比为2:1；

步骤2，将碳材料分散于乙醇溶液中，超声后得到相应的悬浮液；

步骤3，将步骤1中的混合液加入至步骤2的悬浮液中，搅拌均匀；

步骤4，向步骤3的混合液中加入尿素，充分搅拌至溶液；

步骤5，进行溶剂热反应，冷却后进行离心、洗涤，制得铁酸镍基二元复合材料， 作为前驱体；

步骤6，将前驱体分散于乙醇中得到分散液，加入苯胺单体搅拌均匀后加入过硫 酸铵和盐酸，进行聚合反应；

步骤7，将步骤3中的反应产物经过离心、洗涤、烘干后，得到铁酸镍基三元复合 材料。

进一步的，步骤2中，悬浮液中的碳材料的浓度为1-3mgmL^-1，超声分散时间 为2h，碳材料为活性炭或氧化石墨。

进一步的，步骤3中，步骤2的悬浮液中的碳材料与步骤1的混合液中的硝酸铁 的质量比为75-150:1040。

进一步的，步骤1中和步骤3中的搅拌时间均为30min。

进一步的，步骤4中，尿素与步骤1的混合液中的硝酸铁的质量比为 500-5000:1040，搅拌时间为30-60min。

进一步的，步骤5中，溶剂热反应的反应温度为180℃，反应时间为18-24h。

进一步的，步骤6中，分散液中前驱体浓度为0.5-2mgmL^-1，前驱体与苯胺单体 质量比为1:0.5-1:2，聚合反应温度为0℃，苯胺、过硫酸铵与盐酸的物质的量之比为 1:1:1，反应时间为9-15h。