[发明专利]一种超级电容器用高性能电极材料、其制备方法和超级电容器

说明书

本发明公开了一种超级电容器用高性能电极材料、其制备方法和超级电容器。所述电极材料包括MXene材料和石墨烯材料。本发明通过采用石墨烯材料对MXene材料改性形成复合材料，石墨烯的存在增加了材料的柔韧性，缓解了MXene材料(例如Ti₃C₂T_x MXene材料)在充放电过程中的体积变化问题，并增加了材料与电解液的接触，提高材料的电导率，从而提升了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种超级电容器用高性能电极材料、其制备方法和超级电容器。

背景技术

当今化石燃料的不断枯竭以及环境污染等问题日益严重，迫切寻求高效、环保的可替代能源。现如今，传统的锂离子电池已经成为了人类生活中不可缺少的一部分，为便携式电子产品的革命提供了动力。然而，对于电动汽车和电网存储等规模不断扩大的应用，电化学储能的激增取决于未来电池的严格性能，如安全性，能量密度和成本要求等等，而传统的锂离子电池性能并不能满足这些要求。考虑到这些问题，为了解决这项问题，超级电容器由于其高安全性、高能量密度以及长循环寿命而受到了人们的广泛关注。

MXene材料作为一种新型的二维层状材料，有望应用于新能源领域，例如CN111029172A公开Ti₃C₂T_x MXene材料壳用于超级电容器技术领域，还公开了一种调控Ti₃C₂T_x MXene层间结构的方法，又如CN111763213A公开了金属酞菁-MXene复合材料、制备方法及采用该复合材料的超级电容器，其制备方法包括1)将金属酞菁与第一溶剂混合，得到金属酞菁溶液；将所述金属酞菁溶液加入到水中，得到金属酞菁纳米结构；(2)将所述金属酞菁纳米结构、MXene材料与第二溶剂混合，得到所述金属酞菁-MXene复合材料。但是其比容量较低，而且也没有进行相关的循环性能研究。

由上可知，以Ti₃C₂T_x MXene材料为例，其具有高比表面积以及高电子传输速率的优势，成为当今储能材料领域的一大研究热点。但是Ti₃C₂T_x MXene材料的机械性能较差，从而导致其循环寿命短。

因而，有必要提供一种基于MXene材料的复合材料，使其兼具较高的比容量和优异的循环性能，以满足实际的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种超级电容器用高性能电极材料、其制备方法和超级电容器。

本发明所述“高性能电极材料”指：在1A g^-1的电流密度下进行恒流充放电所得比容量在226F g^-1以上，循环10000次容量保持率在91％以上。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种超级电容器用电极材料，所述电极材料包括MXene材料和石墨烯材料。

MXene材料作为一种新型的层状材料，具有高比表面积和高电子传输速率的优势，成为当今储能材料领域的一大研究热点，但是，其机械性能较差，材料脆性大导致易破碎，从而导致其循环寿命短。

石墨烯作为一种典型具有二维晶体结构特性的碳同素异形体。它的碳原子通过sp²杂化轨道和π键紧密面规则的组成了一种只有一个原子层厚度的六角形蜂巢状晶格结构。这种特殊的晶体结构赋予了石墨烯优异的力学，热学和电学性能。