[发明专利]二氧化钒碳纤维毡复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及二氧化钒碳纤维毡复合材料及其制备方法和用途，属于电极材料技术领域。本发明提供了二氧化钒碳纤维毡复合材料的制备方法，包括如下步骤：a、碳纤维毡的前处理：将碳纤维毡放入丙酮中浸泡，然后用水冲洗，干燥，于100～200℃加热3～5小时，处理后的碳纤维毡备用；b、乙二醇氧钒溶液的制备：将偏钒酸铵：乙二醇按照质量比为1：(5～10)的比例混合，反应生成乙二醇氧钒，备用；c、复合材料的制备：将步骤a得到的碳纤维毡放入步骤b得到的乙二醇氧钒溶液中浸泡，然后取出碳纤维毡，干燥，接着置于管式炉内，通入N₂，于200～300℃反应2～4小时，即得。本发明制备方法具有良好的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及二氧化钒碳纤维毡复合材料及其制备方法和用途，属于电极材料技术领域。

背景技术

超级电容器是一种高效、实用、环保的能量存储装置，具有较髙功率密度、控制方便、转换效率高、工作温度范围宽、无污染等优点。随着技术发展水平的提高以及生产成本逐渐降低，超级电容器越来越多的应用在储能领域中，有极大可能在未来很多场合取代蓄电池进行储能。但是，目前的超级电容器价格仍然偏贵，限制其应用于大规模的电力储能。因此，进一步降低生产成本是超级电容器在未来发展及取代蓄电池必不可少的一步。

超级电容器由电极材料、电解液、隔膜和集电极等组成，每个部分对超级电容器都会产生影响，而电极材料对超级电容器性能起决定性的作用。常见的超级电容器的电极材料有碳材料、金属氧化物材料、导电聚合物材料、复合材料。其中，碳材料因为成本较低和多种多样的存在形式，被广泛用作超级电容器的电极材料。但是，由于其只利用双电层储存能量，在性能方面有所限制，因此出现了金属氧化物材料的电极开发与研究。金属氧化物材料不同于双电层电容器中碳材料电极那样存储能量，而是在电容器进行充放电时，金属氧化物与溶液的界面处发生可逆氧化还原反应，从而获得更大的比容量。金属氧化物材料电极虽然有较大的比容量，但价格昂贵，不利于超级电容器的发展。导电聚合物，如常用的聚苯胺、聚吡咯、聚(3,4－乙烯基二氧乙烯基唆吩)也被广泛用作超级电容器的电极材料，通常与其他电极材料混合制备超级电容器，但其价格也非常昂贵。复合材料是为了进一步增大超级电容器的能量存储，使其具有赝电容性能以及双电层特性，使用碳材料作为基体、金属氧化物作为活性物质来进行纳米复合技术的复合材料来实现电荷利用率的提高，该材料是超级电容器电极材料未来发展研究的主要方向。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提供二氧化钒碳纤维毡复合材料的制备方法。本发明的另一目的是提供采用该制备方法制备得到的二氧化钒碳纤维毡复合材料，以及所述二氧化钒碳纤维毡复合材料在制备电极中的用途。

本发明提供了一种尤其适用于超级电容器的复合电极材料，由下述方法制备得到：以偏钒酸铵为原料，将其转化为乙二醇氧钒后附着在碳纤维毡上，再通过煅烧将乙二醇氧钒分解成二氧化钒，即可得到二氧化钒碳纤维毡复合材料。

具体地，本发明二氧化钒碳纤维毡复合材料的制备方法包括如下步骤：

a、碳纤维毡的前处理：将碳纤维毡放入丙酮中浸泡，然后用水冲洗，干燥，于100～200℃加热3～5小时，处理后的碳纤维毡备用；

b、乙二醇氧钒溶液的制备：将偏钒酸铵：乙二醇按照质量比为1：(5～10)的比例混合，反应生成乙二醇氧钒，备用；

c、复合材料的制备：将步骤a得到的碳纤维毡放入步骤b得到的乙二醇氧钒溶液中浸泡，然后取出碳纤维毡，干燥，接着置于管式炉内，通入N₂，于200～300℃反应2～4小时，即得。

其中，步骤a和步骤b可同时或先后进行，无特定的操作顺序要求。

通过所述的碳纤维毡的前处理步骤，能够去除碳纤维毡上的杂质，增加碳纤维毡上的活性基团，增加碳纤维毡表面粗糙度。经过前处理，不但能确保乙二醇氧钒有效地附着在碳纤维毡上，而且能够增加复合材料的比表面积，有利于提高电极的性能。