[发明专利]一种基于泡沫镍的超级电容器电极的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，更具体地，涉及一种基于泡沫镍的超级电容器电极的制备方法及其产品。

背景技术

超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的高能、绿色储能器件，由于它具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长和工作温度范围宽等优点，因而在电动汽车、通讯、电子消费等多个领域获得了广泛的应用。根据储能机理的不同，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准电容器，其中双电层电容器是利用电极与电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，法拉第准电容器是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，由电极活性物质进行欠电位沉积，使其通过法拉第电荷转移反应来进行能量储存。此外，为了同时获得较高的能量密度和功率密度，已经设计出一种综合以上两类超级电容器优点的新型超级电容器也即非对称型超级电容器，该非对称型超级电容器的一极采用双电层电极，另一极采用法拉第准电容电极。

决定上述超级电容器性能的关键因素之一在于其采用的电极材料。目前双电层电容器的电极通常采用高比表面积的多孔炭材料及其复合物，法拉第准电容器的电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。例如，CN200910243306.9中公开了一种多孔炭超级电容器电极材料及其制备方法，其中通过采用氯化锌作为模板剂和催化剂、果糖作为前驱体，将其溶于去离子水后油浴搅拌，然后在保护气氛下煅烧由此获得多孔炭超级电容器材料；CN200710074617.8中公开了一种基于法拉第赝电容的C/V₂O₅超级电容器薄膜电极的制备方法，其中以金属钒和双氧水为原理，先通过液相反应法制备钒溶胶，然后在加入导电碳材料搅拌均匀，最终通过提拉法在不锈钢箔表面上形成C/V₂O₅超级电容器薄膜电极。

对于非对称型超级电容器而言，其电极体系主要包括炭材料/金属氧化物体系、导电聚合物/炭材料体系以及锂钛氧化合物/活性炭（AC）体系等。其中对炭材料/金属氧化物体系而言，最为典型的例子是正极采用RuO₂，负极采用活性炭，电解液采用H₂SO₄，所制得的混合型超级电容器的比容量可达770F/g，比能量达到2617Wh/kg。但是由于钌的成本昂贵，使得应用受到了较大限制，为此，合成RuO₂与其他金属氧化物的复合材料以减少RuO₂的用量、或是寻找其他金属氧化物替换稀有贵金属等成为了近年来的研究热点所在。例如，CN200910113946.8中公开了一种混合超级电容器及其制造方法，其中正极采用电双层电容器用碳材料，其与石墨粉混合后加入聚四氟乙烯乳液然后充填于泡沫镍中；负极采用储氢合金片、具有准电容特性的氧化镍或二氧化锰，或者碳材料与氧化镍或二氧化锰制成的复合材料，以此方式组装即得混合超级电容器。此外，CN201210142685.4中公开了一种二氧化锰非对称超级电容器及其制备方法，其中将二氧化锰或二氧化锰/活性炭复合材料作为正极活性物质，将沥青基活性炭、活性碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的一种作为负极活性物质，然后将其分别掺入导电极、粘结剂后涂覆在泡沫镍上由此制成正负极。

然而，研究表明，目前在制备超级电容器电极的过程中往往需要掺入乙炔黑或导电石墨作为导电剂，同时掺入聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或类似材料作为粘结剂，这样不仅使得制备工艺复杂化，成本变高，而且还会影响到电极材料自身的性能；另一方面，随着电动汽车和混合电动车的兴起，在保持超级电容器大功率、长寿命的前提下，提高能量密度正成为目前超级电容器的研究热点。为了获得综合性能更为优良的超级电容器，满足新技术和新领域对其日益提高的应用要求，寻找性能良好的其他复合材料来替代上述电极材料，正成为相关领域亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于泡沫镍的超级电容器电极的制备方法及其产品，其目的在于通过对电极材料的复合类型进行设计，能够充分发挥这些材料各自的高比电容特征，进一步提高超级电容器的能量密度；此外，通过采用水系电解质组装的方式，可以避免各种组剂的使用，相应能够以便于操控、低成本、低能耗的方式制得电极及超级电容器产品，同时具备绿色环保和适于大批量工业化生产等特点。

按照本发明的第一方面，提供了一种基于泡沫镍的非对称超级电容器电极的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：