[发明专利]具有超高比电容的碳基电极材料及其复合电极材料

权利要求书

1.一种具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料的电容由双电层电容和法拉第赝电容两部分组成，所述双电层电容占所述碳基电极材料的电容的20～60%，所述碳基电极材料在1A/g的电流密度下比容量为400法拉每克以上，体积比容量在300法拉每毫升以上。

2.根据权利要求1所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料中的碳原子的sp²杂化的比例在60%以上，所述碳基电极材料的导电率在200西门子每厘米以上。

3.根据权利要求1或2所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料的比表面积为1200平方米每克以上。

4.根据权利要求1或2所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料在水中zeta电位小于-15 mV。

5.根据权利要求1所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料法拉第赝电容通过掺杂掺杂元素引入活性位点产生，所述掺杂元素为氮、硼、磷、硫中至少一种，掺杂元素的原子浓度为0.5%-20%。

6.根据权利要求5所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，通过所述掺杂元素与带电离子结合，发生氧化还原反应引入所述活性位点。

7.根据权利要求5或6所述的具有超高比电容的碳基电极材料，其特征在于，所述掺杂元素与碳原子之间的结合方式包括环内掺杂、边界掺杂以及高度缺陷位掺杂。

8.根据权利要求5所述的碳基电极材料，其特征在于，所述掺杂元素为氮，所述碳基电极材料中氮与碳的结合方式包含吡啶型、吡咯型和石墨型三种，其中吡啶型和吡咯型所占的比例大于70%。

9.根据权利要求5所述的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料为掺杂所述掺杂元素高比表面积的介孔石墨烯，所述高比表面积的介孔石墨烯中碳原子的sp²杂化的比例在80%以上，比表面积为1500平方米每克以上，导电率在400西门子每厘米以上，石墨烯的层数为3-5层。

10.根据权利要求5所述的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料为掺杂所述掺杂元素高比表面积的三维石墨烯，其具有三维连通的导电网络，其导电率大于300西门子每厘米，比表面积大于2000平方米每克，其密度小于0.1克每立方厘米。

11.根据权利要求1所述的碳基电极材料，其特征在于，所述碳基电极材料包含介孔和微孔两种孔道结构，所述微孔的孔径范围为0.5—2纳米，介孔的孔径范围为2—20纳米。

12.一种包括权利要求1-11中任一所述的碳基电极材料的复合电极材料，其特征在于，所述复合材料由具有不同氧化还原电位的所述碳基电极材料复合而成，或者由所述碳基电极材料与金属化合物和/或导电聚合物复合而成。

13.根据权利要求12所述的复合电极材料，其特征在于，所述金属化合物包括氧化锰、氧化镍、氧化钴、氧化铌、氧化钽、氧化钌、硫化钛、硫化钼、硫化钒、硫化钽、硒化钒、硒化钽中的至少一种，所述导电聚合物包括聚苯胺、聚吡咯和/或聚噻吩。