[发明专利]一种高电位超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电位超级电容器电极材料及其制备方法，尤其同时含C、Fe和P的超级电容器电极材料的制备方法，属于材料和能源领域。 

背景技术

超级电容器(Supercapacitors或Super Capacitors或Ultra Capacitors)，又可称为超大容量电容器或电化学电容器，商业名也称为(黄)金电容器(Gold Capacitors)、储能电容或法拉电容，是近年来随着材料科学的突破和电子产品的发展而出现并快速发展的一种新型功率电子元器件，主要包括电双层电容器和法拉第假电容电容器，两电极不同时构成混合电容器。在能量图中，它填补了传统电容器与电池之间的空白，兼有传统电容器功率密度大和电池能量密度高的优点，容量可从数法拉变化至数千法拉，瞬间放电电流可达数千安培，同时还具有原理与结构简单、原料丰富、清洁安全、充放电效率高、循环寿命长、安全可靠、适用范围宽等的优点，是改善和解决电能动力性能应用的突破性元器件。超级电容器在汽车(特别是混合动力车、电动汽车、燃料电池汽车和特殊载重车辆)、汽车子系统(如弹出气袋、束紧安全带等)、太阳能(如路灯、航海灯等)、电动工具、电焊机、风能、电力、通讯、消费性电子产品(如不间断电源、均衡功率电源、免维护系统电源、记忆备用电源)、铁路、国防和军事武器等领域有着巨大的应用价值和市场潜力，备受世界各国关注。 

超级电容器主要依靠静电作用的电双层原理和氧化还原的法拉第假电容原理进行储能的，性能主要由电极的制造技术、电解液的组成、隔膜质量和组装工艺等决定。电极的制造技术包括电极材料和电极的制备，是超级电容器的一个关键技术。电容器的电容量C_T(F)由电极材料的电容量决定，可以由正极的电容量C_p(F)和负极的电容量C_n(F)通过公式 1CT=1Cp+1Cn]]>进行计算。电容器在充放电过程中，电压随时间呈线性变化，因此，存储在一个电容器中的能量密度E(Ws·g^-1)和功率密度P(W·g^-1)分别可以由 E=12CU2]]>和P＝IU/m得到。总之，电容器的电容量与电极材料的电容量关系密切，工作电位对能量和功率特性影响较大。电容器的工作电位不仅与电解液的分解电压有关，也与材料的工作电压有关，目前期待通过提高电极材料的工作电压提高超级电容器的性能。 

目前超级电容器的电极材料主要有碳材料、金属氧化物、金属氢氧化物、聚合物、复合材料等，但是目前报道的电极材料的工作电位多不超过3.0V。同时含有P和Fe元素的电极材料，尤其Li_xFe_yPO₄或Fe_zP等，具有很多独特的优异性能，是很有应用前景的锂离子电池电极 材料。尽管目前有很多往LiFePO₄中掺碳提高性能的研究，但是是利用碳提高LiFePO₄的导电性，碳的含量比较低，并且都是用于锂离子电池电极材料，还没有发现相对于Li⁺/Li有线性电压—时间的电容特性的报道。 

到目前为止，还没有发现在前驱体中加入含碳物质合成制备同时含C、Fe和P元素的超级电容器电极材料的报道和专利，更没有发现相关制备方法的报道和专利。