[发明专利]外加电磁场辅助制备金属氧化物和生物质炭复合电极材料的方法

说明书

本发明提供一种外加电磁场辅助制备金属氧化物和生物质炭复合电极材料的方法，先对亚微米级竹炭进行碱‑酸两步活化，再以竹炭、金属盐和尿素为原料，先后通过外加电、磁场的水热反应和空气中氧化步骤，制备出具有高比容量和高循环稳定性的复合电极材料。本发明方法原材料廉价易得，成本低、简单易行，重现性好，外加电磁场辅助制备的金属氧化物团聚现象改善明显，所制备的复合电极材料具有很高的比容量和循环稳定性；本发明方法在超级电容器电极材料的制备等领域应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，特别是涉及一种复合电极材料的方法，应用于能源材料技术领域或者生物质复合材料技术领域。

背景技术

随着全球经济的快速发展，不可再生的化石能源大量消耗，对环境造成严重的污染。开发清洁、可再生的储能系统迫在眉睫。在各种储能装置中，电化学能量存储因其灵活性、高效性和多样化等特点而而备受关注，主要包括锂离子电池、铅蓄电池、燃料电池、氢镍电池和超级电容器等。其中锂离子电池、铅蓄电池、燃料电池和氢镍电池针对超高功率密度充放电时，由于快速电化学反应放出的热以及活性材料的结构变化均会使电池承受很大压力和安全风险，容易导致其低效和安全方面的问题。而超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型高效储能装置，在弥补锂离子电池、铅蓄电池、燃料电池和氢镍电池功率密度低、循环寿命差、大电流充放电性能差等缺陷的同时，实现快速充放电，且循环效率高、循环寿命长、环境友好、安全，在新能源、电子行业、电动汽车、国防军工等领域都具有广泛的应用价值。

电极材料作为超级电容器最重要的组成部分，对其整体性能起着重要作用。目前超级电容器的电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等。

碳材料是最早被人们用于制备超级电容器的电极材料，也是目前产业化最成熟的电极材料体系，具有比表面积大、导电能力强、热稳定性高、抗腐蚀能力强、成本低等优点，但碳材料制备的电极比电容较小，制约了单一碳材料在超级电容器中的发展。

金属氧化物电极材料由于其法拉第赝电容远大于碳材料产生的双电层电容而引起广泛关注，但金属氧化物的电子和离子的导电率普遍较低，材料的利用率较低，倍率性能差，在较高扫描速度下的循环伏安特性不好，且成本较高。

基于两者以上特性，将碳材料与金属氧化物复合，制备出具有高比容量和高循环稳定性的复合电极材料，实现材料性能与成本之间的合理平衡。

金属氧化物之中，RuO₂及其水合物因为具有较好的导电率和比电容，且循环稳定，成为典型的超级电容器电极材料。Zheng(J.Power Sources,62(1996)155-159)等在低温退火条件下采用溶胶-凝胶法，制得比电容高达768F/g的无定型RuO₂·xH₂O,而此材料能进行完全的氧化还原反应，极大的提高了材料利用率。但是，因为RuO₂价格昂贵且对环境不友好，在实际应用中很难推广，故而需要寻找廉价的金属氧化物替代品。NiO、MnO₂、Fe₂O₃、Co₃O₄等，因其价格低廉，性能较好而成为研究热点。