[发明专利]一种超级电容器用核壳多孔电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用核壳多孔电极材料及其制备方法。本发明的方法包括以下步骤：(1)将电极活性材料和有机炭源溶液混合，得到粘度为500cP～2500cP的浆料；(2)对浆料造粒并干燥，得到电极材料前驱体；(3)将电极材料前驱体移到回转炉中，在惰性气体保护下进行炭化，得到电极材料。本发明的电极材料为核壳结构，内核为电极活性材料的聚集体，外壳为多孔的炭化产物，内核和外壳之间形成稳定的结构，采用所述电极材料制备成电极并组装成的Φ22×45焊针式超级电容器单体老化后容量不低于115F，内阻小于12.2mΩ，且经过65℃负荷1500h后容量衰减率小于30％，内阻增加率也低于88.5％。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，涉及一种电极材料及其制备方法，尤其涉及一种超级电容器用核壳多孔电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于传统电容器与电池之间的储能器件，根据能量存储机理的不同可以将超级电容器分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器。双电层型超级电容器是通过极化电解质后利用电极和电解质组成的双电层结构来储存能量，由于这种储能过程只是在两个多孔的电极上发生可逆的离子吸附，因此，双电层型超级电容器可以反复充放电上百万次。

电极活性材料是决定超级电容器电性能的关键材料之一，双电层型超级电容器常用的电极活性材料主要有活性炭、活性炭纤维、石墨烯和炭纳米管等。其中，活性炭和活性炭纤维的微观结构中包含未石墨化的非晶炭质成分，石墨烯和炭纳米管易于产生自团聚现象，以致这些电极活性材料的电导率较低。

因此，在将电极活性材料制备成电极时，通常需要添加金属粉末、导电炭黑、炉黑、乙炔黑、科琴黑或导电石墨等导电剂来提高电极的导电性。例如，在公布号为CN102569719A的中国专利中，发明人将活性炭、导电炭和粘结剂同时加入配有高强度搅拌棒的V-搅拌机中研磨混合并进一步制备成电极。但是，按照这种将活性炭、导电炭和粘结剂研磨混合的方式制备出的电极具有如下问题：活性炭与导电炭之间依靠粘结剂物理结合在一起，这种结合会使活性炭和导电炭之间产生较大的接触电阻，因此导电炭的添加量一般较多，较多导电炭的添加显著降低了电极活性材料的含量，以致超级电容器的容量明显偏低。

在电极活性材料表面包覆有机炭源炭化产物是提高电极材料电导率的有效方法。中国专利CN105000544 A公开了一种超级电容器用高导电性多孔炭材料的制备方法，先将水溶性炭源与氧化石墨烯溶液反应获得炭前躯体包覆石墨烯的合成产物，再将这种合成产物转移到管式炉中高温烧结得到高导电性多孔炭材料。用这种工艺制备高导电性多孔炭材料的实验过程具有如下问题：炭源与氧化石墨烯溶液反应后，所得合成产物的粒度难以控制，将这种合成产物转移到管式炉中高温烧结时，由于炭前躯体对石墨烯的包覆依靠范德瓦尔斯力结合，炭前躯体在炭化前会从石墨烯表面发生熔化脱落，以致烧结得到的高导电性多孔炭材料中多孔炭材料在石墨烯表面的包覆不均匀。

中国专利CN105261487 A公开了一种用于超级电容器电极的核壳多孔纳米炭材料的制备方法。先将炭源溶液和炭纳米管分散液搅拌反应获得炭源包覆的炭纳米管，再将炭源包覆的炭纳米管依次经氧化性酸炭化、碱活化、酸中和、真空冷冻干燥后得到核壳多孔纳米炭材料。用这种工艺制备核壳多孔纳米炭材料的实验过程具有如下问题：炭源包覆的炭纳米管经氧化性酸炭化后，由于无定形炭壳和炭纳米管之间结合强度低，以致在用碱活化无定型炭壳包覆的炭纳米管时无定形炭壳易于从炭纳米管上发生分层脱落。

发明内容