[发明专利]一种含铁复合氧化物电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含铁复合氧化物电极及其制备方法，该复合氧化物电极包括集流体和附着于集流体上的含钒和铁的复合氧化物活性物质层；所述电极中不含粘结剂。所述的含铁复合氧化物电极的制备方法包括：配制含有钒与铁的可溶性盐溶液；将集流体放置于含钒与铁的混合水溶液中进行水热处理，使集流体表面覆盖上钒和铁的复合氧化物；最后将表面覆盖有钒和铁复合氧化物的集流体进行热处理得到本发明的含铁复合氧化物电极。本发明的含铁复合氧化物电极可用于电化学超级电容器。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种含铁复合氧化物电极及其制备方法和应用。

背景技术

尽管超级电容器具有大功率输出性能好、循环寿命长的优点，与可充电电池相比，其能量密度明显偏低。为了提高超级电容器的性能，即在提高比能量的同时保持其大比功率等优势，围绕具有双电层电容和法拉第赝电容行为的过渡金属氧化物电极已成为目前该领域的主要研究热点之一。对于正极材料而言，虽然RuO₂质量比能量也比较高，但因受资源限制，其原材料成本高，因此很难获得商业推广。为了寻求廉价的超级电容器电极材料，围绕NiO、Co₃O₄、V₂O₅、MnO₂等过渡金属氧化物或复合氧化物材料的制备和电化学性能研究相继展开。在这些氧化物中，镍、钴或其复合氧化物在碱性电解液中表现出较高的比电容，可达到2000F/g以上。但从制备高比能量器件的层面来看，能够与这些高比电容正极材料配套使用的负极材料尚比较缺乏，目前广泛使用的碳材料一般容量只能达到200F/g左右，当将两者用于制备非对称电容器时，由于负极材料使用量大而必然限制最终器件的比能量，难以充分体现正极材料的高比电容特性。

为了获得在碱性电解液环境下具有高比电容特性的负极材料，近年来针对另一过渡金属氧化物，Fe₂O₃或FeOOH材料的研究引人注目。尽管该材料的理论比电容比较高，但由于受自身电子电导性能的影响，通过各种实验方法制备出的此类材料比电容都不高(一般为50-200F/g)。因此寻求能够在碱性环境下与镍钴等氧化物正极材料匹配的超级电容器负极材料尚需开展大量的研究工作。从文献查阅的情况看，目前尚无采用含铁与其他过渡金属复合氧化物作为超级电容器负极的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含铁复合氧化物电极及其制备方法和应用。

本发明一种含铁复合氧化物电极，所述含铁复合氧化物电极包括集流体和附着于集流体上的钒和铁的复合氧化物层，所述铁和钒的复合氧化物层中钒以正五价存在、铁以正三价存在，且铁、钒、氧以三元化合物的形式存在。

本发明一种含铁复合氧化物电极，所述含铁复合氧化物中钒和铁元素以Fe_xV_yO_z的形式存在，且3x+5y＝2z，其中V与O组成阴离子，Fe以阳离子的形式存在。

本发明一种含铁复合氧化物电极，作为优选，钒和铁复合氧化物以Fe_xV_yO_z的形式存在，且3x+5y＝2z，其中V与O组成阴离子，Fe以阳离子的形式存在。作为进一步的优选其中x与y之比为1-3：1。作为更进一步的优选，所述Fe_xV_yO_z选自FeVO₄,Fe₄V₆O₂₁,Fe₂V₄O₁₃,FeV₃O₉中的至少一种。

本发明一种含铁复合氧化物电极，所述集流体优选为碳纸或多孔泡沫镍。当然，凡具备集流体功能的材料均适用于本发明。此处不做限制。

本发明一种含铁复合氧化物电极，所述含铁复合氧化物电极中不含粘接剂。