[发明专利]一种电化学能量储存用三维纳米复合电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种以三维纳米复合电极材料制备的超级电容器复合电极，其特征在于所述三维纳米复合电极材料由按质量百分比计的碳纳米纤维CNF0.5%、碳纳米管CNT1.5%、炭黑1.5%、导电石墨2.5%、导电炭纤维3.5%、乙炔黑3%、聚偏二氟乙烯PVDF5%、羧甲基纤维素钠CMC3%、聚乙烯醇PVA4%、丙烯酸树脂AAP6%、还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料69.5%组成；

所述超级电容器复合电极的制备方法包括氧化石墨制备、还原氧化石墨烯原位包覆多孔碳复合材料制备、碳纳米纤维分散液制备、复合电极制备步骤，具体为：

A、氧化石墨制备：参照改进的Hummers法，用与鳞片石墨质量比为3:1的高锰酸钾及体积/质量比为23 ml/1g的浓硫酸对一定质量的鳞片石墨进行氧化，用过氧化氢还原去除剩余的氧化剂，经分离、洗涤、烘干，制备得到氧化石墨固体；

B、还原氧化石墨烯原位包覆多孔碳复合材料制备：将所述A步骤制备得到的氧化石墨，多孔碳材料和还原剂水合肼加入到水溶液中进行超声剥离并还原，形成还原氧化石墨烯并同时对多孔碳材料进行原位包覆，经分离、洗涤、烘干，制备得到还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料；

C、碳纳米纤维分散液制备：用浓硫酸/浓硝酸的混合酸对碳纳米纤维进行酸化，加入表面活性剂对所得酸化碳纳米纤维在水溶液中超声分散，制备得到碳纳米纤维分散液；

D、复合电极制备：按质量比将由B步骤制备的还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料69.5%、碳纳米管CNT1.5%、炭黑1.5%、导电石墨2.5%、导电炭纤维3.5%、乙炔黑3%、聚偏二氟乙烯PVDF5%、羧甲基纤维素钠CMC3%、聚乙烯醇PVA4%、丙烯酸树脂AAP6%和由C步骤制得的碳纳米纤维分散液CNF0.5%，共同加入水溶液中，经真空高速搅拌后形成电极浆料，然后将电极浆料均匀涂布在集流体表面上，经干燥、辊压、分切后制得超级电容器三维纳米复合电极；

所述三维纳米复合电极具有高组装密度，且导电性好、倍率特性和电化学稳定性优异；

所述还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料具体由还原氧化石墨烯Graphene0.5%、活性炭布12%、活性炭纤维35%、多孔硬碳22%组成。

2.一种以三维纳米复合电极材料制备的超级电容器复合电极，其特征在于所述三维纳米复合电极材料由按质量百分比计的碳纳米纤维CNF0.2%、碳纳米管CNT1.0%、炭黑1.0%、导电石墨1.0%、导电炭纤维1.5%、乙炔黑1.5%、聚偏二氟乙烯PVDF1%、聚四氟乙烯PTFE3%、羧甲基纤维素钠CMC2%、聚乙烯醇PVA1%、丙烯酸树脂AAP2%、还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料84.8%组成；

所述超级电容器复合电极的制备方法包括氧化石墨制备、还原氧化石墨烯原位包覆多孔碳复合材料制备、碳纳米纤维分散液制备、复合电极制备步骤，具体为：

A、氧化石墨制备：参照改进的Hummers法，用与鳞片石墨质量比为3:1的高锰酸钾及体积/质量比为23 ml/1g的浓硫酸对一定质量的鳞片石墨进行氧化，用过氧化氢还原去除剩余的氧化剂，经分离、洗涤、烘干，制备得到氧化石墨固体；

B、还原氧化石墨烯原位包覆多孔碳复合材料制备：将所述A步骤制备得到的氧化石墨，多孔碳材料和还原剂水合肼加入到水溶液中进行超声剥离并还原，形成还原氧化石墨烯并同时对多孔碳材料进行原位包覆，经分离、洗涤、烘干，制备得到还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料；

C、碳纳米纤维分散液制备：用浓硫酸/浓硝酸的混合酸对碳纳米纤维进行酸化，加入表面活性剂对所得酸化碳纳米纤维在水溶液中超声分散，制备得到碳纳米纤维分散液；

D、复合电极制备：按质量比将由B步骤制备的还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料84.8%、碳纳米管CNT1.0%、炭黑1.0%、导电石墨1.0%、导电炭纤维1.5%、乙炔黑1.5%、聚偏二氟乙烯PVDF1%、聚四氟乙烯PTFE3%、羧甲基纤维素钠CMC2%、聚乙烯醇PVA1%、丙烯酸树脂AAP2%和由C步骤制得的碳纳米纤维分散液CNF0.2%，共同加入水溶液中，经真空高速搅拌后形成电极浆料，然后将电极浆料均匀涂布在集流体表面上，经干燥、辊压、分切后制得超级电容器三维纳米复合电极；

所述三维纳米复合电极具有高组装密度，且导电性好、倍率特性和电化学稳定性优异；

所述还原氧化石墨烯原位包覆的多孔碳复合材料，具体由还原氧化石墨烯0.8%、活性炭粉15%、活性炭布18%、活性炭纤维28%、多孔石墨12%、碳气凝胶11%组成。