[发明专利]一种超级电容器用电极材料

说明书

本发明公开了一种超级电容器用电极材料，它主要由碳纳米管和金属氧化物组成，所述碳纳米管构成所述超级电容器用电极材料的骨架，所述金属氧化物附着在所述骨架表面，其中，所述骨架的结构为具有垂直通孔的薄膜，所述通孔与薄膜所在平面相互垂直。该电极材料能够明显提高电容器的导电能力，显著提高电子传输能力，从而极大的提高超级电容器的电化学综合性能。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用电极材料，具体的说是一种由碳纳米管构成的具备垂直通孔的薄膜与金属氧化物复合而成的电极材料。

背景技术

现如今，人们对于能源的需求正在不断提升。与提供高容量为主的电池相对应，超级电容器作为一种以提供高倍率性能为主的器件一直受到很大的青睐。近年来的发展趋势使得人们希望能够同时实现高能量和高倍率的兼得效应。对于超级电容器而言，其主要拥有两种大类：一类是双电层电容器；而另一类则是赝电容电容器。前者为以碳材料为代表的一类材料，通过双电层储存能量的一种形式；而后者则是基于材料表面的电化学反应来实现能量储存的，这种电容器也被称作法拉第电容器。双电层电容器由于不涉及电化学反应过程，能够实现非常迅速的电化学响应，现在商用的活性炭材料便属于这种类型的电容器材料。但是其问题在于能量密度往往较低，也因此赝电容型电容器逐渐也进入了人们的视野。现如今最广被熟知的赝电容电容器材料是氧化镍，二氧化锰，二氧化钌，其理论容量数值较活性炭高数倍之多。然而，由于金属氧化物的导电性较差，其倍率性能和循环特性往往差强人意。

为了改善金属氧化物低导电性的问题，现如今最常用的方式是通过添加导电剂或者构建导电网络。如戴宏杰等将氢氧化镍颗粒直接生长在石墨烯基底之上，从而同时获得了比较好的倍率性能和循环性能(J.Am.Chem.Soc.，2010.132(21):p.7472～7477)。然而从实用性角度来看，由于其负载量比较低，因此很难得到实用。增厚通孔电极材料能够增加负载量，同时保证一个连续的长程离子传输路径，因而被考虑为是一个比较好的解决方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级电容器用电极材料，该电极材料具备垂直通透的通孔并拥有连续可调的厚度，它能够充分发挥碳纳米管的优势，在实现高金属氧化物负载量的同时能够保持较好的电子和离子的传输，从而显著提高超级电容器的电化学综合性能。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种超级电容器用电极材料，主要由碳纳米管和金属氧化物组成，所述碳纳米管构成所述超级电容器用电极材料的骨架，所述金属氧化物附着在所述骨架表面，其中，所述骨架的结构为具有垂直通孔的薄膜，所述通孔与薄膜所在平面相互垂直。

作为本发明改进的技术方案，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，其直径为15～25nm，长度为5～15μm。

作为本发明改进的技术方案，所述通孔的大小为10～30μm，相邻通孔之间的壁厚为5～10μm。

作为本发明改进的技术方案，所述金属氧化物为氧化镍、二氧化锰或二氧化钌等赝电容电容器用金属氧化物。

作为本发明改进的技术方案，所述骨架的制备方法为：将浓度为1～5wt％的碳纳米管和0.2～1.2wt％的碳纳米管分散剂分散在去离子水中，制成均匀的分散液，再向该分散液中加入SBR水性粘结剂，搅拌后得到粘性碳纳米管水分散浆料，所述SBR水性粘结剂和所述碳纳米管的质量比为12～5:1，然后将该浆料以涂覆的方式涂在金属箔上，随即将涂覆有浆料的金属箔进行定向凝固，定向凝固的方向与金属箔所在平面相垂直，凝固完成后将涂覆有浆料的金属箔转移至冷冻干燥设备进行真空冷冻干燥，即得到碳纳米管构成的骨架。所述碳纳米管分散剂主要为十二苯磺酸钠、胆酸钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。

进一步地，所述浆料涂覆厚度为20～400μm，优选为100～200μm。