[发明专利]一种水热法制备石墨烯/CaTi2O4(OH)2复合粉体的方法及其制得的产品

说明书

本发明公开了一种水热法制备石墨烯/CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体的方法，将氧化石墨烯溶于水后，加入CaTi₂O₄(OH)₂混合搅拌，在碱性条件下进行水热反应，而制得石墨烯/CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体。此外，还公开了利用上述水热法制备石墨烯/CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体的方法制得的产品。本发明通过将石墨烯与CaTi₂O₄(OH)₂纳米材料复合，获得了成本低廉、电化学性能高、同时拥有双电层电容与法拉第赝电容的新型复合电极材料；而且工艺路线简单、便于操作、成本低廉，具有广阔的市场前景，有利于推广和应用。

技术领域

本发明涉及电容器电化学技术领域，尤其涉及一种作为电极材料的石墨烯 /CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体的制备方法及其制得的产品。

背景技术

电化学电容器，是一种将传统电容器与二次电池的优良性能集于一身的新型储能元件。二次电池又称为充电电池或蓄电池，在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用，但存在着能量密度低、比功率小等缺陷。与二次电池相比，电化学电容器的功率密度要大很多，有着快速充放电的能力；同时，电化学电容器的能量密度比传统电容器要大，有着较强的储存电荷、能量的能力。除此之外，电化学电容器的充放电效率、使用寿命与环境友好程度等性能都非常优良。因此，电化学电容器具有良好的应用前景，而其应用的广泛化，需要开发一种能大规模制得、低成本的、具有优秀导电性的电极材料。目前，电化学电容器的电极材料主要可以分为三种：金属氧化物电极、碳电极、导电聚合物电极。其中，金属氧化物电极材料的比能量与比容量整体较高，但倍率特性较差；碳电极材料不仅绿色无毒，而且具有优良的循环稳定性，但相对于其他几种电极材料，碳电极材料的比电容和能量密度较小；而导电聚合物是一种环保无污染的电极材料，在充放电过程中具有跨度宽广的电位区间，但循环稳定性较差，比电容的衰减率要高于其他几类电极材料。

本申请发明人研究发现，亚稳相结构的CaTi₂O₄(OH)₂具有较好的电化学性能，且满足法拉第赝电容储存电荷的机理，可作为电化学电容器的电极材料，该材料制备简单、成本低廉、使用寿命较长、维护较为简单，但CaTi₂O₄(OH)₂导电性较差。为此，针对导电性差等问题，本申请发明人通过掺杂Co、Ni、Fe等元素，虽然提升了CaTi₂O₄(OH)₂导电性，相应地CaTi₂O₄(OH)₂电极的电化学性能也有所提高，但掺杂后的CaTi₂O₄(OH)₂制备的电极未发现具备双电层电容特性。然而，为进一步提升电极的电化学性能，制备同时拥有双电层电容与法拉第赝电容的电极材料具有极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作方法简单、成本低的基于水热法制备石墨烯/CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体的方法，通过将石墨烯与CaTi₂O₄(OH)₂纳米材料复合，而获得成本低廉、电化学性能高的电化学电容器新型电极材料。本发明的另一目的在于提供利用上述水热法制备石墨烯/CaTi₂O₄(OH)₂复合粉体的方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：