超級電容器正極材料及其制備方法以及采用該正極材料的超級電容器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器正極材料及其制備方法以及采用該正極材料的超級電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一種介于常規(guī)電容器和二次電池之間的新型儲能元件。兼有電容和電池之間的雙重功能，其功率密度遠高于普通電池，而能量密度遠高于電容，其體積小，容量大，充電速度快、壽命長等優(yōu)點，其在消費電子產(chǎn)品、不間斷電源系統(tǒng)，電動車用的混合電源系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。超級電容器根據(jù)儲能機理的不同，分為炭基超級電容器(雙電層電容器)和以金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物為電極材料的準電容電容器。
[0003]在上述兩類超級電容器中，炭基超級電容器所用的電極材料活性炭的比電容較低，限制了超級電容器器件的性能。眾所周知，提高貯能器件的比能量可以減輕其自身的質(zhì)量，因此具有重大的現(xiàn)實意義，而要提高貯能器件的比能量就要提高其關(guān)鍵電極材料的比電容。
[0004]在超級電容器中，電極材料是關(guān)鍵，決定著超級電容器的主要性能指標(biāo)。可以說超級電容器發(fā)展的核心就是其電極材料的發(fā)展。
[0005]如中國發(fā)明專利CN1357899A公開了一種復(fù)合型超級電容器電極材料，由碳納米管與金屬復(fù)合氧化物組成。
[0006]中國發(fā)明專利CN102969162A公開了一種鋰離子電容器正極片及其制備方法。該鋰離子電容器正極片包括正極集流體基體和依次疊加結(jié)合在正極集流體基體表面的活性材料層、正極材料層。其制備方法包括的步驟有:配制活性材料漿料、正極漿料和獲取正極集流體基體；將所述活性材料漿料涂布在所述正極集流體基體表面，烘干，形成活性材料漿料層；在所述活性材料漿料層表面上再次涂布正極漿料，并經(jīng)烘干、冷壓、二次烘干，得到所述鋰離子電容器正極片。
[0007]中國發(fā)明專利CN103413692A公開了一種鋰離子電容器正極片，該鋰離子正極片包括活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體，其中正極活性材料為表面功能化石墨烯、納米活化石墨烯材料、石墨烯/金屬氮化物復(fù)合材料，集流體為開孔率30?50%的可以自由穿梭鋰離子的多孔集流體。該正極片具有比表面積高、吸附電荷容量高、導(dǎo)電性好的優(yōu)點，可以有效提高鋰離子電容器的能量密度和功率密度。本發(fā)明還公開了一種使用該正極片的鋰離子電容器，該鋰離子電容器包括正極、負極、隔膜、電解液及具有可以實現(xiàn)向負極預(yù)嵌鋰功能的輔助電極。
[0008]中國發(fā)明專利CN102354617A公開了一種高能鎳碳超級電容器正極板漿料，正極板漿料由正極用粘合劑和主料構(gòu)成，其中正極用粘合劑為正極粘合劑和主料所形成漿料總重量的20% -35%。本超級電容器是由氫氧化鎳為主要活性物質(zhì)的正極材料制成的正極板，堿金屬氫氧化物水性電解液和儲氫合金粉與活性炭材料為主要活性物質(zhì)制成的混合負極板，以及隔膜密封在不銹鋼或工程塑料外殼內(nèi)構(gòu)成，具有儲能密度大、放電功率高等特點；該正極材料所制備的超級電容器工作電壓達到1.3V,最大儲能密度達到65Wh/kg。
[0009]以及中國發(fā)明專利CN103022484A公開了一種鋰離子導(dǎo)電絡(luò)合物改性的磷酸鐵鋰正極材料及其制備方法。其中，鋰離子導(dǎo)電絡(luò)合物是通過含有能與鋰鹽發(fā)生配位作用基團的有機聚合物與鋰鹽絡(luò)合而成。鋰離子導(dǎo)電絡(luò)合物改性的磷酸鐵鋰正極材料的具體制備方法為:先將有機聚合物與鋰鹽按照一定的摩爾比在溶液中絡(luò)合、干燥，然后與磷酸鐵鋰粉末進行充分的混合而得到鋰離子導(dǎo)電絡(luò)合物改性的磷酸鐵鋰，這種改性的磷酸鐵鋰可用作鋰離子電池的正極材料。
[0010]以上現(xiàn)有技術(shù)的正極材料制造成的超級電容器均存在比電容較低以及較高比電容時壽命較短的缺點。
[0011]因此，為了提供一種在低倍率和高倍率下比電容均高以及壽命較長的超級電容器，本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種超級電容器正極材料及其制備方法，采用該正極材料的超級電容器能夠極大提高現(xiàn)有技術(shù)中超級電容器的能量密度和功率密度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超級電容器正極材料及其制備方法以及采用該正極材料的超級電容器，從而可以提高超級電容器的能量密度和功率密度及其壽命。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了超級電容器正極材料，該超級電容器正極材料包含電極活性物質(zhì)，所述電極活性物質(zhì)為NiL2(H2O)4,其中L = 4-pyridine carboxylate。
[0014]采用該技術(shù)方案，由于該電極活性物質(zhì)具有穩(wěn)定的特性，可使得包含了該電極活性物質(zhì)的正極材料制得的超級電容器具有高比電容的技術(shù)效果，同時提高了超級電容器的能量密度和功率密度及其壽命。
[0015]優(yōu)選地，超級電容器正極材料還包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和正極集流體。
[0016]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為乙炔黑、石墨烯或超導(dǎo)電碳黑之其中一種。
[0017]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯、聚乙烯醇或聚偏氟二乙烯之其中一種。
[0018]優(yōu)選地，所述正極集流體為銅箔、鋁箔或泡沫鎳之其中一種。
[0019]更優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為超導(dǎo)電碳黑，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯，所述金屬有機絡(luò)合物NiL2 (H2O)4、超導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯的質(zhì)量比例為75:20:5。采用該技術(shù)方案所得到的正極材料與其他技術(shù)方案相比具有更高的比電容。
[0020]本發(fā)明還提供了上述超級電容器正極材料的制備方法，其具體包括以下步驟:
[0021](I)將電極活性物質(zhì)NiL2 (H2O) 4、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合在燒杯中；
[0022](2)往燒杯中加入無水乙醇，直至無水乙醇能浸沒燒杯中物質(zhì)為止；
[0023](3)將燒杯置于磁力加熱攪拌器上攪拌；
[0024](4)用刮刀將燒杯中物質(zhì)涂覆在正極集流體上；
[0025](5)將涂覆后的正極集流體置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，100°C下恒溫直至得到所述超級電容器正極材料。
[0026]優(yōu)選地，所述制備方法中，所述導(dǎo)電劑為超導(dǎo)電碳黑，所述粘結(jié)劑為聚四氟乙烯，所述電極活性物質(zhì)NiL2(H2O)4、超導(dǎo)電碳黑和聚四氟乙烯按75:20:5的比例混合。
[0027]優(yōu)選地，所述制備方法第三步驟中，攪拌時間為I個小時。
[0028]優(yōu)選地，所述制備方法第五步驟中，恒溫擺放時間為I個小時。
[0029]優(yōu)選地，所述正極集流體為泡沫鎳，所述泡沫鎳的尺寸為I X 1cm2。
[0030]本發(fā)明還提供了超級電容器，所述超級電容器包含了本發(fā)明所提供的超級電容器正極材料。
[0031 ] 優(yōu)選地，所述超級電容器還包括6摩爾/升KOH或NAOH的電解液。
[0032]采用該技術(shù)方案的超級電容器，在5mV/s的掃描速率時達到了 1149F/g的高比電容。同時，該速率下經(jīng)過1000次循環(huán)，比電容的保持率仍為84%。
[0033]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0034]參照附圖，本發(fā)明的特征、優(yōu)點和特性通過下文的【具體實施方式】的描述得以更好的理解，附圖中:
[0035]圖1:本發(fā)明實施例1所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
[0036]圖2:本發(fā)明實施例1所制備的正極材料在5mV/s的掃描速率下經(jīng)過1000次循環(huán)的比電容變化圖
[0037]圖3:本發(fā)明實施例2所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
[0038]圖4:本發(fā)明實施例3所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
[0039]圖5:本發(fā)明實施例4所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
[0040]圖6:本發(fā)明實施例5所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
[0041]圖7:本發(fā)明實施例6所制備的正極材料在不同掃描速率分別為5、10、20、50、100和200mV/s的CV循環(huán)伏安圖
【具體實施方式】
[0042]本發(fā)明超級電容器的正極材料，包括電極活性物質(zhì)NiL2 (H2O) 4、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、正極集流體。
[0043]本發(fā)明超級電容器正極的制備方法，分別包括以下五個步驟:第一步先將電極活性物質(zhì)NiL2(H2O)4、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照75:20:5的質(zhì)量比例混合在某燒杯中；第二步往上述燒杯中加入無水乙醇，使得無水乙醇浸沒燒杯中物質(zhì)為止；第三步將上述燒杯放置于磁力加熱攪拌器上攪拌I個小時；第四步再用刮刀將燒杯中物質(zhì)涂覆在正極集流體上；最后一步將涂覆后的正極集流體置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，100°C下恒溫擺放I個小時。
[0044]本發(fā)明超級電容器，電解液為濃度為6摩爾/升的KOH或ΝΑ0Η。
[0045]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明。
[0046]實施例一
[0047]分別秤取15 克 NiL2 (H2O) 4(L = 4-pyridine carboxylate) >4 克超導(dǎo)電炭黑以及I克聚四氟乙烯放入燒杯中，混合均勻后，加入適量的無水乙醇至浸沒燒杯中物質(zhì)為止，然后將燒杯置于磁力加熱攪拌器上攪拌I個小時后，用刮刀將攪拌后的燒杯中的物質(zhì)涂覆在正極集流體泡沫鎳上，泡沫鎳尺寸為IXlcm2，以此制得了超級電容器的正極材料。我們采用三電極體系進行循環(huán)伏安測試，以測試該正極材料的比電容，選用3X5cm2大小的鉬片和飽和甘汞電極(SCE)作為輔助電極和參比電極，由前面我們制成的正極材料作為工作電極，測試系統(tǒng)為CHI660C電化學(xué)工作站，其中電解液選用KOH水溶液，濃度為6摩爾/升。在-0.1?0.6V電位區(qū)