[实用新型]一种高容量过渡金属氮化物涂层电极

说明书

本实用新型公开一种高容量过渡金属氮化物涂层电极，包括基体、沉积于所述基体表面的Cr结合层、沉积于所述Cr结合层表面的MeN过渡层以及沉积于所述MeN过渡层表面的MeXN表面功能层；所述MeN过渡层中Me为Ti、Cr、Zr或Hf；所述MeXN表面功能层中Me为Ti、Cr、Zr或Hf，X为Ni、Cu或Ag。本实用新型利用阴极电弧蒸发沉积技术在Cu箔基体的表面沉积过渡金属氮化物涂层电极材料，本实用新型的制备方法实施成本低，制备所得的涂层电极具有高比表面积和高储能容量，还具有优异的导电性、化学稳定性和柔性，适用于制作超级电容器电极，扩大了超级电容器的应用范围，降低了超级电容器的制造成本。

技术领域

本实用新型涉及一种涂层电极，尤其涉及一种高容量过渡金属氮化物涂层电极。

背景技术

近年来，伴随环境保护压力和新能源汽车产业的加速兴起，全球新能源产业取得了长足发展，新能源产业正在形成从设备制造到能源服务的完整新能源产业链。然而，在新能源产业中的瓶颈因素是对能源(电能)的储存和释放环节，电能快速稳定的储存和释放是新能源能够快速推广和应用的关键。作为对传统电池的改进，超级电容器(supercapacitor,ultracapacitor)具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，是新能源产业中的关键零部件。但随着新能源产业的快速推进，超级电容器的容量和寿命越来越难以满足要求，成本居高不下也限制了其推广应用。

当前，用来制作超级电容器正电极的材料主要有三类：碳材料、金属氧化物材料及导电聚合物材料。其中，碳材料具有比表面积大、导电率高、电解液浸润性好、电位窗口宽等优点，但是它的能量密度和功率密度低，使得其比电容偏低。金属氧化物材料是典型的赝电容电极材料，但材料价格高，且其在大功率工作环境下的循环稳定性及自身导电性较差，限制了金属氧化物电极材料在超级电容器工业化生产中的应用。导电聚合物材料在充放电过程中通过发生氧化还原反应，并在电极材料膜上迅速产生n或p型掺杂，进而使电极材料上储存高密度电荷，产生较大赝电容实现电能储存。导电聚合物材料制成的超级电容器具有工作时间长、适温范围广、环境友好等特点。然而，导电聚合物本身化学稳定性差，限制了其广泛应用。

因此，亟需开发一种兼具高容量、高循环稳定性、优异导电性、宽化学窗口、可折叠(柔性)、低成本、适温范围广、环境友好等特性的新型超级电容器 电极，以实现超级电容器的规模化生产和广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术的缺点和不足，提供一种高容量过渡金属氮化物涂层电极，该过渡金属氮化物涂层电极的表面具有疏松多孔结构，结合力优良及具备高储能容量等特点，适用于制作超级电容器电极。

为达到其目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种高容量过渡金属氮化物涂层电极，包括基体、沉积于所述基体表面的Cr结合层、沉积于所述Cr结合层表面的MeN过渡层以及沉积于所述MeN过渡层表面的MeXN表面功能层；所述MeN过渡层的Me为Ti、Cr、Zr或Hf；所述MeXN表面功能层的Me为Ti、Cr、Zr或Hf，X为Ni、Cu或Ag。

优选地，所述基体为Cu箔基体。

进一步地，所述MeXN表面功能层设有经化学刻蚀而成的疏松多孔结构。

优选地，所述MeXN表面功能层的厚度为50～1000nm。

优选地，所述MeXN表面功能层中Me、X和N元素的含量分别依次为20～50at.％、0～30at.％和45～55at.％。

进一步地，所述Cr结合层和所述MeN过渡层为采用阴极电弧蒸发沉积而成。

进一步地，所述MeXN表面功能层为采用阴极电弧蒸发，共沉积而成。

优选地，所述高容量过渡金属氮化物涂层电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)首先在基体的表面用阴极电弧蒸发沉积Cr结合层；