[发明专利]一种氧化钌电极材料的制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种氧化钌电极材料的制备方法，尤其涉及一种超级电容器用氧化钌电极材料的制备方法。

技术背景：随着化石能源(石油、煤和天然气)的逐步枯竭和化石能源的使用对环境和生态影响的日益严重，节约和高效洁净使用能源越来越受到重视。超级电容器，也被称为电化学电容器，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能器件，具有比传统电容器高得多的能量密度和比电池大得多的功率密度，作为高效储能器件之一受到广泛的关注。电极材料是影响超级电容器性能的关键性因素。电极材料主要有3大类：高比表面积的碳材料、金属氧化物和导电聚合物材料。在各种电极材料中，无定形水合氧化钌(通常被简称为氧化钌)电极材料不仅具有高的理论比容量(＞1000F/g)和高的电导率(＞100S/cm)，而且还具有宽的电位窗和优异的循环稳定性等优势，因此，是一种被公认为性能最优异的超级电容器电极材料。通常制备氧化钌电极材料的方法主要分为先用化学法制备氧化钌粉末再涂覆在集电极表面和电化学法直接在集电极表面制备氧化钌两种。前者虽然容易规模化生产，但需要在化学法制备的氧化钌中添加粘结剂和导电剂制成浆料，再涂覆在集电极表面(例如专利文献1)。因此存在如下问题：1、在电极材料中加入了电气绝缘的粘结剂，会增加电极材料的内阻而降低最大输出功率密度(最大功率密度P_max＝V²/(4R)，V为电压，R为内阻)；2、添加导电剂虽然可以降低内阻而缓解这一问题，但导电剂和粘结剂这两种添加剂的加入会降低电极材料中活性物质的含量而明显降低电极的比容量；3、粘结剂在长期使用过程中、特别是在高温环境使用时易失效，粘结剂失效后氧化钌粉末将脱离集电极而导致器件失效。电化学法制备的氧化钌具有如下优点：1、氧化钌在集电极表面直接成膜，工艺简单；2、不需要粘结剂和导电添加剂，因而内阻低、容量高；3、电极厚度均匀，膜厚可以通过沉积电量控制。然而，电化学制备氧化钌存在如下问题：氧化钌沉积电位较高，难以直接在钛、钽和石墨等常用金属集电极表面沉积，目前通常采用先在钛、钽和石墨等常用金属集电极表面热分解一层氧化钌作为预涂层，然后在预涂层表面电化学法沉积氧化钌电极，这样不仅增加了工艺复杂性，而且制备的氧化钌内应力大，附着强度低，需要在200℃以上进行退火，退火过程无定形水合氧化钌易脱水而部分生成不含水的二氧化钌，并且在更高的温度下，部分无定形水合氧化钌还会结晶，这两者都将降低其电化学容量性能。因此，目前基于氧化钌的电极材料仍采用先制备氧化钌再添加粘结剂和导电剂等后涂覆在集电极上的方法制备(例如专利文献2和3)，尽管该方法存在上述问题。

专利文献1：[公开号CN 101269851A]

专利文献2：[公开号CN 1345074A]

专利文献3：[公开号CN 1963966A]

发明内容：针对以上问题，本发明的目的在于提供一种生产工艺简单、电化学容量性能优异和能大规模生产的一种氧化钌电极制备工艺。

本发明旨在提供一种在电极材料上涂覆含钌的低价化合物后进行热分解制备无定形水合氧化钌电极材料的方法，其特征是其艺步骤依次为：

(1)将含钌的低价稳定化合物与溶剂混合调制成浆料；

(2)将配制好的浆料均匀涂覆在电极表面，形成均匀的表面涂层；

(3)将涂覆有浆料的电极在室温下晾干或在50～100℃预烘干；

(4)将晾干或预烘干的上述电极放到有水蒸汽的加热炉中，恒温一段时间后取出。

含钌的低价稳定化合物是指钌的卤化物三氯化钌RuCl₃及其水合物RuCl₃·xH₂O或碘化钌RuI₃及其水合物RuI₃·xH₂O，或者卤化物与二氧化钌RuO₂或水合物RuO₂·xH₂O的混合物，所指溶剂包括水或乙醇或水和乙醇的混合液，含钌化合物和溶剂的质量比为1∶0.1～20之间，电极材料为钛、钽或石墨。

上述所指的溶剂还包括乙二醇或丙酮，或水与乙二醇的混合液或水与丙酮的混合液。

本发明晾干或预烘干的涂有浆料的电极在加热炉中热分解温度150～300℃，水蒸汽浓度1KPa～100KPa，热分解时间1～5h。

本发明与现有技术相比所具有的优点：