[发明专利]电极材料、超级电容器、电子设备和制备电极材料的方法

说明书

本申请提供了一种电极材料、超级电容器、电子设备和制备电极材料的方法。该电极材料，包括电荷集流体膜层和分等级阵列双层膜层，该分等级阵列双层膜层包括纳米尺寸片状阵列膜层和微米尺寸花状阵列膜层，其中，该纳米尺寸片状阵列膜层是在该电荷集流体膜层上原位生长的，该微米尺寸花状阵列膜层排列在该纳米尺寸片状阵列膜层的上层。本申请提供的电极材料在电荷集流体膜层上原位生长纳米尺寸片状阵列膜层，其上再生成一层微米尺寸花状阵列膜层，形成分等级阵列双层膜层，分等级阵列双层膜层中具有大量的孔隙结构，能够极大地提高电荷集流体单位面积上的活性物质负载质量以及活性物质与电解液界的接触面积，可以有效提高电极材料的比容量。

技术领域

本申请涉及储能领域，并且更具体地，涉及电极材料、超级电容器、电子设备和制备电极材料的方法。

背景技术

超级电容器是近十几年来快速发展的一种新型储能体系。与电池体系相比，其具有快速充放电、长循环寿命等优势。电极材料是超级电容器的重要组成部分，比容量的大小是评价电极材料优劣的关键指标。电极材料的比容量的大小直接影响其对应的超级电容器的能量密度。针对这一点，构筑高理论比容量的法拉第电极材料成为主要的研究方向。现有的电极材料，虽然可以实现快速充放电、长循环寿命等，甚至可以实现柔性可折叠，但电极材料中的活性物质利用率仍然较低，其比容量仍达不到许多应用场景的要求。

发明内容

本申请提供一种电极材料、超级电容器、电子设备和制备电极材料的方法，能够有效提高电极材料的比容量，进而提高超级电容器的能量密度。

第一方面，提供了一种电极材料，包括电荷集流体膜层和分等级阵列双层膜层，所述分等级阵列双层膜层包括纳米尺寸片状阵列膜层和微米尺寸花状阵列膜层，其中，所述纳米尺寸片状阵列膜层是在所述电荷集流体膜层上原位生长的，所述微米尺寸花状阵列膜层排列在所述纳米尺寸片状阵列膜层的上层。

第一方面提供的电极材料在电荷集流体膜层上原位生长纳米尺寸片状阵列膜层，其上再生成一层微米尺寸花状阵列膜层，形成分等级阵列双层膜层，分等级阵列双层膜层中具有大量的孔隙结构，能够极大地提高电荷集流体单位面积上的活性物质负载质量以及活性物质与电解液界的接触面积，可以有效提高电极材料的比容量。另外，第一方面提供的电极材料避免了导电添加剂与粘结剂的使用，能够提高电极材料的电导并提高活性物质所占比例，有助于电极材料比容量的提升。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述分等级阵列双层膜层的成分可以为金属氧化物、金属氢氧化物或复合金属氧化物，所述金属氧化物、金属氢氧化物或复合金属氧化物中的金属可以包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Mo中的至少一种。在本可能的实现方式中，过渡金属氧化物、过渡金属氢氧化物或复合过渡金属氧化物的纳米阵列结构具有较高的比表面积，有利于提高电极材料的比容量。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电荷集流体可以为柔性电荷集流体。在本可能的实现方式中，利用活性物质膜层在柔性电荷集流体上原位构筑，实现电池在拉伸、扭转、弯曲等变形下电化学性能不损失。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电荷集流体可以为碳纤维布、碳纤维纸、碳纤维薄膜、石墨烯基电荷集流体、碳纳米管基电荷集流体、金属或合金纤维布、金属或合金网、金属或合金薄膜、泡沫金属中的一种或由至少两种复合而成。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电荷集流体可以具有金属涂层、合金涂层、碳材料涂层或电池体系活性物质涂层，以有利于进一步提高电极材料的比容量。