[发明专利]一种提高有机体系电化学电容器正极电容量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电容器领域、电化学能量储存与转化设备，可用于以高比表面 积导电材料为正极的有机体系电化学超级电容器。

背景技术

电化学超级电容器是一种电化学元件，其储能过程是可逆的，与锂离子二次电池 相比，可进行大电流充放电，且充电次数可达10⁶次以上。目前技术成熟的电化学超 级电容器的电极材料多数为活性炭，利用活性炭电极与电解液之间的双电层离子吸附 /脱附原理储存能量。活性炭通过巨大的比表面积获得双电层电容，但是由于存在无 效的微孔、碳材料与电解液之间的浸润性问题以及碳材料本身密度的限制，使得活性 炭的双层电容难以有效提高。能够发生可逆的氧化还原反应的材料，如RuO₂贵金属(专 利CN1369886A)，MnO₂(专利CN1277444A)和NiOOH(专利CN2574196)等可以辅助提 供较大的准电容，从而提高电化学超级电容器的性能。但是，这些发明均只适用于水 系电化学超级电容器，无法应用在有机体系的电化学超级电容器中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高大比表面积导电材料为正极电极材料电容量的 方法，在正极制备过程中添加环戊二烯基过渡金属络合物，这类络合物高度分散在正 极电极材料中通过发生可逆的氧化还原反应提供法拉第准电容，以提高电化学超级电 容器正极的电容量、降低欧姆接触内阻、提高正极的能量密度。

本发明提供的技术方案是：

在有机体系电化学超级电容器的正极制备过程中添加环戊二烯基过渡金属络合 物，通过超声波振荡分散作用，使环戊二烯基过渡金属络合物作为活性添加剂均匀分 散在正极电极材料内部，如二茂铁、二茂镍等，环戊二烯基过渡金属络合物相对于正 极材料的质量比例为1％-10％。经真空烘干，正极浸泡在有机电解液中6h-12h，使 电解液充分浸润正极后使用。

正极制备过程如下：第一步，把环戊二烯基过渡金属络合物添加入粘结剂聚偏二 氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液中，在超声分散仪中利用超声波的超声振荡作用使环 戊二烯基过渡金属络合物完全溶解在粘结剂溶液中，超声时间为1h-3h，功率100W -600W，然后静置5min-30min；第二步，把高比表面积的活性炭粉末和导电剂加 入到粘结剂溶液中，活性炭粉末、导电剂、粘结剂的质量比例为8∶1∶1，搅拌均匀， 然后把浆料放入超声分散仪中超声2h-5h，使活性炭粉末、导电剂、粘结剂与络合物 完全分散均匀，络合物高度分散在活性炭粉末中；第三步，把分散均匀的浆料涂覆在 导电基底，如铝箔表面，放入烘箱中，在110℃真空烘干3h-12h，然后自然冷却至 室温。正极制备完毕后，浸泡在有机电解液中6h-12h，以使电解液能够充分浸润正 极。

所述环戊二烯基过渡金属络合物为二茂铁、二茂镍、二茂钴、二茂锰等，结构如 图1，其中Me代表过渡金属元素Ni，Fe，Co，Mn等。

所述正极材料为具有高比表面积的导电材料，比表面积为900-2000m²/g，如 活性炭粉、碳纳米管、活性炭纤维等。

所述的有机电解液是由有机溶剂和能溶于有机溶剂并电离的电解质构成。有机电 解液的溶剂为非离子型有机溶剂，包括碳酸丙稀脂、碳酸乙烯脂、乙腈、乙醇、丙酮 等。有机电解液的电解质为可电离的有机盐类，如四乙基铵、四丁基铵、三乙基甲基 铵的四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、高氯酸盐、醋酸盐等。