[发明专利]集流体上制备掺烛碳的金属化合物电极活性物质的方法及烛碳在制备电极活性物质中的应用

说明书

本发明公开了集流体上制备掺烛碳的金属化合物电极活性物质的方法及烛碳在制备电极活性物质中的应用，该方法包括以下步骤：1）将金属盐、还原剂、烛碳分散在溶剂中，制成悬浊液；2）将集流体放入反应釜中，加入步骤1）得到的悬浊液，充分水热反应即可。烛碳在制备电极活性物质中的应用。制备的掺杂烛碳的金属化合物电极活性物质在制备超级电容器电极中的应用。本发明将烛炭与金属化合物复合，制备的电极活性物质具有较高的比表面积，所得电极具有较好的电化学性能。且烛碳本身粒径均一，也具有良好的导电性，其是与金属化合物复合的理想的碳质纳米材料，有望得到大规模的应用。

技术领域

本发明涉及在集流体上制备掺杂烛碳的金属化合物电极活性物质的方法及烛碳在制备电极活性物质中的应用。

背景技术

随着科学技术的进步、社会经济的发展以及人口急剧增长，对能源的消耗也越来越大，不可再生资源的枯竭迫切要求可再生资源发挥其替代作用，同时要求对不可再生资源的可持续、有效利用，充分发挥其潜能。现有的传统能源系统也已经无法满足现代工业、农业、林业等发展的需求，燃油和煤碳资源不仅不可再生，在使用消耗过程中还会产生大量的CO2、SO2等有害物质，带来很严重的环境污染。这就促使人们更加重视建立新的、有效的能源供应体系，以保证经济的可持续增长，同时还会对保护环境有益处。其中，开发新能源和可再生清洁能源是当前解决这一问题最有效的方法，是21 世纪必须解决的关键技术之一，新能源材料则是实现新能源的开发和利用，并支撑它发展的基础和核心。

电池行业是新能源应用领域的一个重要组成部分，因为电能作为能量利用的最终存在形式，已经成为人类生产和社会发展不可缺少的源动力。对动力电源的开发人们首先想到的就是拥有高能量密度的锂离子电池，但是锂电作为动力电源时，具有一个明显的缺点就是功率密度较小，以至于无法满足高功率放电的需要，这个缺陷已成为限制其发展的主要障碍。所以，能够快速充放电的超级电容器成为一个新的研究热点，但是超级电容器的电荷存储密度太低，使其无法长时间供电，限制了其作为动力电源的应用前景。

超级电容器，是一种介于传统电容器和充电电池之间的装置，它具有快速充放电、环境友好、高功率密度、超长循环寿命、无污染及工作温度范围宽等特点。目前，主要有金属氧化物、导电聚合物、活性碳材料及很多掺杂型复合材料被用作其电极材料。活性碳作为电极材料的电容器研究历史较长，技术也最成熟，但其生产工艺复杂、生产周期长，而且容量普遍都比较低，限制了超级电容器的应用。导电聚合物虽然能够表现出很高的功率密度，但同样是因为它的比容量比较低而使其应用受到很大的限制。而对于金属氧化物及其复合物为基础的超级电容器的研究初期，所制得的超级电容器虽然能够产生极大地能量密度和功率密度，但它的材料成本都比其它类型的电容器要高很多。随着研究的深入，逐渐发现、NiO、Co3O4、MnO2电极材料成本低，而且具有很好的超级电容性能，是一类较好的超级电容器电极材料。但是，氧化物的导电性太差、易团聚等缺点使其徒有高容量却很难完全发挥出来，这就需要我们通过提供载体的方法来增强其分散性，提高活性材料的利用率。

目前在超级电容器电极材料方面，金属氧化物以及硫化物的应用非常广泛，这类材料具有比较高的比容量，但其本身的导电性相对较差，随着多次充放电循环，结构易被破坏而坍塌，引起比容量的急剧下降。为了增强电极活性材料的导电性及保护电极活性材料的结构不受破坏，很多研究者都选择将金属化合物与石墨烯或者碳纳米管一起制备出复合电极材料，利用石墨烯或碳纳米管自身的结构使金属化合物分散，使电极材料结构相对更加稳定，并增大金属化合物与电解液的接触面积，提高电极活性材料的利用率。碳质材料自身也会贡献部分双电层电容，在一定程度上增加了电极材料的比电容。

发明内容

本发明的目的在于提供在集流体上制备掺杂烛碳的金属化合物电极活性物质的方法及烛碳在制备电极活性物质中的应用。