[发明专利]一种金属氧化物纳米片电容器的制备方法

说明书

一种金属氧化物纳米片电容器的制备方法，包括以下步骤：（1）将已好且干燥的不锈钢丝网或不锈钢片放入石英舟上置于恒温管式炉中央加热区；常压下，在1路通入氢气，将炉温升温至1000～1200℃；待反应进行到恒温生长阶段时维持该氢气气氛，并且在2路通入惰性气体至锥形瓶中，反应1min～4h；关掉氢气，惰性气氛中将反应炉降至室温；（2）选取无纺布作为隔膜层，在隔膜层两侧分别放置同样面积的已生长有金属氧化物纳米片的不锈钢丝网或不锈钢片，一起放入外壳中，注入电解液后封装。本发明大大地提高了离子与电极活性材料接触，其在电流密度1A g^‑1表现出的比电容值在70～200F g^‑1。制备成本低、可规模化生产。

技术领域

本发明属于超级电容制备领域，具体涉及金属氧化物纳米片电容器的制备方法。

背景技术

由于近些年来人们对先进的能源存储设备，如便携式电子和电动汽车的需求不断增长，开发高功率密度、快速充电和长寿命的超级电容器引起了人们极大的兴趣。赝电容器，作为一种电化学超级电容器（ECs），利用电极材料中的快速可逆多电子表面法拉第氧化还原反应，通常表现出非常高的比电容。通常，赝电容器电极包括金属氧化物和导电聚合物。其中，由于电化学串联电阻低，价态多，循环寿命长，过渡金属氧化物更有利于电化学能量储存应用。因此，金属氧化物被认为是新兴可再生能源应用中最具吸引力的候选者之一。

然而，一方面常规金属氧化物固有的低离子扩散常数和低电导率可导致低比电容和低速率能力，这是它们在电容器中应用的主要瓶颈。所以探索新型纳米结构金属氧化物本质上改变金属氧化物的结构性质是有必要的且具有重要意义，这有助于电子和离子运输，并已成为提高电极性能的电化学性能的关键策略存储。另一方面，常见的金属氧化物基电容器的制备需要将合成的金属氧化物纳米结构与粘结剂搅拌均匀并通过模压法等压制方法涂敷于泡沫镍等集流体上，然后再将电极发展放到含有隔膜的电解液中组装成电容器，该方法操作复杂，因此有必要改进方法来制备一种高功率密度和高能量密度的电容器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物纳米片电容器的制备方法，利用金属氧化物纳米片材料优异的导电性能和良好的比表面积，获得了具有高比容量的电容器该方法操作简单、成本低并且无需粘结剂，具有广泛的工业生产前景。

本发明的目的是这样实现的。

本发明提供了一种金属氧化物纳米片电容器的制备方法，包括以下步骤。

（1）金属氧化物纳米片的制备：将已清洗好且干燥的面积1m²不锈钢丝网或不锈钢片放入石英舟上置于恒温管式炉中央加热区。常压下，在1路通入氢气，在仅有氢气的气氛中将炉温升温至1000～1200℃。待反应进行到恒温生长阶段时维持该氢气气氛，并且在2路通入惰性气体至锥形瓶中，反应1min～4h。关掉氢气，在惰性气氛中将反应炉降至室温。

（2）电容器的制备：选取无纺布作为隔膜层，在隔膜层两侧分别放置同样面积的步骤（1）已生长有金属氧化物纳米片的不锈钢丝网或不锈钢片，一起放入外壳中，注入电解液后封装得到电容器。

所述的氢气流量为30～50sccm；惰性气体为氩气或氮气，氢气与惰性气体的体积比为1:6～1:3，气体流量为90～300sccm，优选氩气。

所述的电解液优选氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、四氟硼酸四乙胺液。

本发明的有益效果为。

（1）本发明制备的电极材料为生长有金属氧化物纳米片的不锈钢丝网/不锈钢片，无需粘结剂，大大地提高了电容器制造效率。制造成本低、可规模化生产。

（2）本发明制备的的金属氧化物纳米片有着良好比表面积，大大地提高了离子与电极活性材料接触，表现出优异的电容性能，测得其在电流密度1A g^-1表现出的比电容值在70～200F g^-1。