[发明专利]一种复合电极及其制备方法以及在超级电容器中的应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种复合电极及其制备方法以及在超级电容器中的应用。

背景技术

随着全球性资源缺乏的加剧及对绿色技术和高性价比替代能源的渴求，世界各国都在研发新的绿色环保型能源。超级电容器作为本世纪重点发展的新型储能产品，是低碳经济的核心产品之一，正被世界各国所广泛关注，也为越来越多的国家和企业争相研制和生产。

超级电容器是介于电池和传统电容器之间的绿色储能器件，具有比传统电容器更高的能量密度，比电池更高的功率密度；既具有电池的储能特性，又具有传统电容器快速充放电的特性，而且其所用的材料普遍为绿色环保。超级电容器在新能源汽车、再生能源、航空军事、通讯、工业、消费电子等众多领域有着巨大的应用价值和市场潜力。超级电容器的电极活性材料分为双电层电容器电极活性材料和赝电容器电极活性材料，其中双电层电容器电极活性材料为碳活性材料如商业化的活性炭，它大比表面积和快速充放电特性，因此以其为电极活性材料的超级电容器具有高功率密度，但活性炭的比电容量较低，因此超级电容器的能量密度远低于锂离子电池。赝电容器电极活性材料为金属氧化物或导电聚合物，它们具有比活性炭更高的比电容量和电压窗口，根据E=1/2CV²可知，可以提高超级电容器的能量密度。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种复合电极及其制备方法以及在超级电容器中的应用，提供高能量密度和高功率密度的超级电容器，而且工艺简单、性能可控，可以扩宽超级电容器的应用领域。

为了实现以上目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明首先提供了一种复合电极，在集流体表面设置复合电极活性材料，所述复合电极活性材料由赝电容器电极活性材料和混合型电容器电极活性材料组成，所述混合型电容器电极活性材料由双电层电容器电极活性材料及赝电容器电极活性材料组成，赝电容器电极活性材料为导电聚合物和金属氧化物中的至少一种，双电层电容器电极活性材料为碳活性材料。

所述混合型电容器电极活性材料中双电层电容器电极活性材料与赝电容器电极活性材料的质量比为80:1~1:80，更优选的质量比为40:1~1:40。

所述导电聚合物为聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚苯乙烯及其衍生物、聚吡啶及其衍生物、聚对苯及其衍生物、聚喹啉及其衍生物中的至少一种。

所述金属氧化物为锰、钌、钴、镍、钒的氧化物中的至少一种。

所述碳活性材料为活性炭、石墨烯、纳米碳、碳凝胶、碳纤维、软碳、硬碳、石墨中的至少一种。

其次，本发明提供了一种所述的复合电极的制备方法，在集流体表面先设置混合型电容器电极活性材料，再设置赝电容器电极活性材料；或者在集流体表面先设置赝电容器电极活性材料，再设置混合型电容器电极活性材料，混合型电容器电极活性材料与赝电容器电极活性材料的厚度比为80:1~1:80。优选地，混合型电容器电极活性材料与赝电容器电极活性材料的厚度比为40:1~1:40。更优选地，混合型电容器电极活性材料与赝电容器电极活性材料的厚度比为10:1~1:10。

另外，本发明还提供了所述的复合电极的应用，其特征在于：将所述复合电极作为超级电容器的电极，即超级电容器中正极、负极中的至少一个电极为所述的复合电极。

更具体地，所述超级电容器由正极、负极，介于正极与负极之间的隔膜和电解质组成，制作步骤如下：

（1）混合型电容器电极活性材料的制备：将活性炭、石墨烯、碳纳米管等碳活性材料与导电聚合物、金属氧化物等赝电容活性材料、导电剂、粘接剂混合成浆料，以涂布、喷涂、浸渍、印刷、打印、电沉积等方法设置于集流体或赝电容器电极活性材料的表面，制备混合型电容器电极活性材料；

（2）赝电容器电极活性材料的制备：以涂布、喷涂、浸渍、印刷、打印、化学沉积或电化学沉积等方法将导电聚合物、金属氧化物等赝电容活性材料设置于集流体或混合型电容器电极活性材料的表面，制备赝电容器电极活性材料。

（3）复合电极的制备：在集流体表面先制备混合型电容器电极活性材料，在混合型电容器电极活性材料表面再制备赝电容器电极活性材料，以制备电极；或者在集流体表面先制备赝电容器电极活性材料，再制备混合型电容器电极活性材料，以制备复合电极。

（4）超级电容器的组装步骤：在正极与负极之间设置隔膜，添加电解质，叠片或卷绕组装成超级电容器。