[发明专利]一种改变碳基材料电极电势的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料与能源领域，具体涉及一种改变碳基材料电极电 势的方法。

背景技术

新材料在人类的日常生活中发挥着越来越重要的作用，科研工作 者也一直致力于开发新材料来进一步提升现有器件的性能，进而提高 人们的生活水平。电化学储能器件，如锂离子电池、超级电容器等， 在日常生活中发挥着不可替代的作用，这些储能器件一般由电极、电 解液、外壳等部件组成。器件的性能在很大程度上是由电极材料所决 定的，碳基材料作为一种重要的电极材料，在储能领域发挥着不可替 代的作用，可以广泛应用于锂离子电池和超级电容器等领域。

传统的石墨类炭材料是目前使用最广泛的锂离子电池负极材料， 活性炭材料是超级电容器材料中最常用的电极材料。富勒烯、碳纳米 管和石墨烯这些新型的碳纳米材料的出现更是极大的促进了碳基材 料在储能领域的应用，并且使得器件的性能得到了显著的提升。碳基 材料开路电极电势一般分布在2.0–3.5V(vs.Li/Li+)之间，当碳基电 极得到电子时，该电极的电极电势不断的降低，反之失去电子时电极 电势则不断的升高。以石墨作为负极的锂离子电池为例，新制备的锂 离子电池的电压一般在0V附近，当对锂离子电池进行充电时，锂离 子插入石墨层间，石墨从外电路得到电子，石墨负极的电极电势不断 的降低。对称超级电容器类电极材料则是由于外电场的作用使得电荷 分离，负极碳基电极材料吸附阳离子，电极电势降低，正极碳基电极 材料吸附阴离子，电极电势升高。对于超级电容器的充电过程而言， 正极的电极电势不能升高至电解液分解电势，电压过高时，容易导致 电解液的分解与碳基电极的腐蚀。这就可能造成当正极材料的电势由 开路电压到达电解液的分解电势时，正极材料的电化学有效活性表面 积不能得到充分的利用，使得该电极材料的性能不能充分的发挥。相 应地，器件中的负极受正极的影响，性能也不能充分的发挥。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种改变碳基材料电极电势的方法。

一种改变碳基材料电极电势的方法，其特征在于：利用氧化还原 法或电荷吸附法改变一碳基材料电极电势。

上述改变碳基材料电极电势的方法，其特征在于：所述氧化还原 法为在电极制备过程中于碳基材料浆料中加入高还原性的金属单质 或稳定化的金属单质粉末一种或两种以上；或在所述碳基材料电极表 面均匀的涂覆高还原性的金属单质、稳定化的金属单质中的一种或两 种以上。

所述的高还原性的金属单质或稳定化的金属单质的有效成分为 锂、钠、钾、钙中的一种或两种以上。

所述高还原性的金属单质或稳定化的金属单质与碳基材料的物 质量的比为0.01-5。

所述高还原性的金属单质或稳定化的金属单质与碳基材料的物 质量的比优选为1.2-3。

所述碳基材料浆料的固含量为20％-75％。

所述电荷吸附法为将碳基材料电极置于电解液中进行充放电操 作。

所述充放电操作过程中以碳基材料电极为工作电极，铂、金、银、 钛、钌、锂、钠、钾、钙中的一种或两种以上，或这些金属的合金中 的一种或两种以上，或碳基电极作为对电极构成回路。

所述电解液为硫酸水溶液，或氢氧化钾水溶液，或锂盐、钾盐、 钠盐中一种或两种以上的中性水溶液；或高氯酸盐、四氟硼酸盐、六 氟磷酸盐、三氟甲磺酸盐中一种或两种以上在有机溶剂中的溶液，所 述有机溶剂为丙烯碳酸脂、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、 碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲基甲酰胺、环丁砜、乙 腈、1,3-二氧环戊烷、1,2-二甲氧基乙烷和1,4-丁内酯中的一种或两种 以上的混合溶液；或为四氟硼酸四乙基胺、四氟硼酸甲基三乙基铵的 碳酸丙烯酯、乙腈中的一种或两种的混合溶液。

所述碳基材料电极中的碳基材料为活性炭、硬炭、中间相炭微球、 石墨、炭气凝胶、碳纳米管、石墨烯、纳米多孔炭中的一种或两种以 上的混合物；或为上述材料中的一种或者两种以上与其他常见电极材 料混合或复合形成的材料；所述常见的电极材料为钴酸锂、三元材料、 锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂、氧化钌、氧化锰、氧化镍、氧化钒、氧 化锡、氧化钴、氧化铁、氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化铁，储氢合金、 镉、锌、镁、锡、铅、铝、铜、硅、硫、硒中的一种或两种以上的混 合物。