[发明专利]一种用于制备超级电容器RuO2电极材料的涂敷热分解工艺

说明书

技术领域

本发明涉及电化学电容器领域，是一种涂敷热分解法(或提拉法)制备超级电容器涂层电极材料的方法。

背景技术

超级电容器(Supercapacitor)又名电化学电容器、超高电容器，金电容器等，是建立在电化学原理基础上的新型大容量储能器件。根据电荷的储存机理，超级电容器可分为双电层电容器和法拉第准(赝)电容器，双电层电容器使用碳素材料作为电极，比电容在200F/g左右，法拉第准电容器使用RuO₂，MnO₂，NiO，SnO₂等金属氧化物作为电极。双电层能量储存是通过采用高比表面积多孔电极以及将能量储存在扩散双层之间来实现的；金属氧化物通过法拉第氧化还原反应完成充放电。超级电容器具有优良的脉冲充放电性能和功率密度，是过渡电池和传统电容器的混合装置，能有效的提高能量储存和转化效率，比能量是传统电容器的20-200倍，与电池相比具有更高的功率密度。超级电容器在电动汽车、国防武器的应用上有着广阔前景，蕴涵着巨大的商机。

阴极材料是超级电容器的最关键的部件，一般有三类：第一类为碳材料，第二类为导电聚合物，第三类为过渡金属氧化物。其中二氧化钌是目前公认的性能最优异的电极材料。

RuO₂·nH₂O薄膜阴极材料是超级电容器的关键材料，它能够产生快速可逆的感应赝电容，这种赝电容来自于电活性材料的氧化还原转换和电解质与电极界面之间形成的双电层电容。目前，对超级电容器电极材料的研究主要集中在活性炭、过渡金属氧化物和高分子聚合物上，其中以二氧化钌电极材料的电容性能最突出，比能量是电容器电极材料中最为理想的，比电容比活性碳高10倍左右，具有高的热和化学稳定性，能在一个较宽的电压范围进行法拉第氧化还原反应，在硫酸电解液中性能稳定，循环寿命长和充放电性能优异，因此RuO₂·H₂O是目前应用于高比能超级电容器性能最优异的电极材料，已显示出非常重要的地位和广阔的应用前景，蕴涵着巨大的商机。

目前报道的RuO₂电极材料的制备方法主要有如Sol-gel法、电沉积法、CVD、反应溅射法、涂敷热分解等。但用Sol-gel法制备RuO₂薄膜附着力较差；电沉积法是制备氧化物陶瓷薄膜的一种重要方法，其主要特点是对制备薄膜材料的设备要求低，但制备的周期长，制备的薄膜附着力较差；CVD法制备RuO₂薄膜材料反应时间长，不宜批量生产；反应溅射法需要制备专用的靶材，而且靶材利用率低，成本高。通过大量的实验，本文通过涂敷热分解法制备RuO₂·H₂O薄膜，能有效解决薄膜附着力差的问题，能控制薄膜的厚度，提高RuO₂·nH₂O薄膜电极材料的比电容。制备的RuO₂薄膜电极不会限制电容器的结构设计，基片具体尺寸可根据电容器结构随意设计，不同厚度和尺寸大小的基片上均能涂敷RuO₂涂层。制备工艺简单，成本低，附着力好。

发明内容

本发明的目的是提供一种能制备出与基体结合力强、多孔无定形的RuO₂·nH₂O薄膜的工艺。

该工艺采用金属箔片等做为基片，配制RuCl₃有机溶液，将溶液在基片上涂敷(或提拉，提拉是指将基片浸泡在溶液中，然后提起，每次能粘敷一定量液体)。然后采用加热分解的方法将有机溶剂挥发，同时使RuCl₃转化成RuO₂，在加热过程结束，RuO₂薄膜将与钽基片保持良好的附着力，从而获得高性能的RuO₂·nH₂O薄膜电极材料。

本发明的工艺包括以下工艺步骤：

(1)纯度大于99.0％金属钽(或钛、不锈钢、镍)箔作为基片，并经过预处理清洗。

(2)配置RuCl₃有机溶液，质量百分比为1～10％，采用超声波振荡溶解，静置；

(3)将(2)静置后的RuCl₃有机溶液中加入SnCl₂形成混合溶液，SnCl₂在混合溶液质量百分比为0.5～2％，静置，待用；

(4)将经过(3)步配置的混合溶液与(1)步中准备好的基片上多次涂敷或提拉均匀形成薄膜；