[发明专利]一种超级电容器用复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超级电容器用复合材料及其制备方法，所述复合材料为活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，以复合材料重量为基准，活性炭含量为50‑90%，金属氧化物含量为1‑45%，PPy为余量。所述制备方法包括如下内容：（1）制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；（2）将活性炭/金属氧化物复合材料前驱体在氮气或惰性气体存在下进行热处理得到活性炭/金属氧化物复合材料；（3）制备活性炭/金属氧化物@PPy复合材料。所述复合材料结合了双电层电容电极材料和赝电容电极材料的优点，具有单一电极材料所不具备的优异性能。以该复合材料作为超级电容器电极材料，可以提高超级电容器的比电容并改善其循环稳定性。

技术领域

本发明属于新能源复合材料领域，涉及一种超级电容器用电极材料及其制备方法。

背景技术

随着世界经济的迅猛发展，人们对能源需求量的不断增加，开发可持续能源引起了人们的重视。因此，发展比电容高、倍率性能好、循环稳定性好、功率密度高、能量密度高的储能器件超级电容器至关重要。超级电容器（SCs）结合了锂离子电池能量密度高和传统电容器功率密度高的优势，具有功率密度高、倍率性能优异、充放电速度快、循环寿命长和环境友好等优点，引起了人们极大的研究兴趣。根据储能机理，可将超级电容器分为两类：一类是双电层电容（EDLC），电容来自于累积在电极和电解液界面上的电荷，该类电极材料通常需要具有大的比表面积和好的导电性能；另一类是赝电容或氧化还原超级电容器，利用快速且可逆的表面或近表面的氧化还原反应储存电荷。电极材料是超级电容器的重要组成部分，通常需要比表面积大、电子和离子传导率高、机械和化学稳定性好、成本低等特性。

双电层电容电极材料通常是碳材料，具有循环稳定性好，倍率性能好等优点，然而其比电容和能量密度低。赝电容电极材料通常是导电聚合物和金属氧化物，具有比电容高、能量密度较高、功率密度较高的优点，然而其倍率性能较差。CN10609840公开了一种电池电容器用的碳材料/锂基金属氧化物正极复合材料，大大提升了电极材料的导电性能并且带来部分电容储能的特性，显著改善了产品的倍率性能，在保持高能量的同时，满足大电流充放电应用的需要，然而复合材料的结构稳定性需要进一步提高。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器用活性炭/金属氧化物@PPy复合材料及其制备方法。所述复合材料结合了双电层电容电极材料和赝电容电极材料的优点，具有单一电极材料所不具备的优异性能。以该复合材料作为超级电容器电极材料，可以提高超级电容器的比电容并改善其循环稳定性。

本发明第一方面提供一种超级电容器用复合材料，所述复合材料为活性炭/金属氧化物@PPy复合材料，以复合材料重量为基准，活性炭含量为50～90%，金属氧化物含量为1～45%，PPy为余量；复合材料中金属氧化物均匀分散在活性炭孔内和/或其表面，PPy包覆在活性炭/金属氧化物表面。

上述超级电容器用复合材料中，所述金属氧化物为第VIIB、VIII、IB、IIB族金属氧化物，进一步优选为第四周期金属氧化物；具体可为三氧化二锰、二氧化锰、四氧化三铁、三氧化二铁、氧化钴、三氧化二钴、四氧化三钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌中的一种或几种。所述金属氧化物颗粒的大小为1nm～1µm。

上述超级电容器用复合材料中，所述活性炭比表面积为500～3500m²/g；孔径分布中，小于2nm微孔占50%～90%；大于2nm且小于50nm介孔占10%～50%。进一步优选所述活性炭为石油焦基活性炭。

上述超级电容器用复合材料中，所述活性炭/金属氧化物@PPy复合材料的比表面积为50～3000m²/g；复合材料孔结构中同时包括微孔、介孔和大孔，其中微孔占30%～70%，介孔占10%～50%，其余为大孔。

本发明第二方面提供一种超级电容器用复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下内容：

（1）制备活性炭/金属氧化物复合材料前驱体；