[发明专利]纳米二氧化钒/网状石墨基复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化钒/网状石墨基复合电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：a、石墨的膨胀及活化；b、膨胀石墨与纳米二氧化钒的复合：将步骤a处理的石墨与无水乙醇、纳米二氧化钒混合均匀；在超声波频率为15～35khz进行超声处理，然后过滤、无水乙醇洗涤、干燥，研磨成粉得到复合石墨；c、泡沫镍与复合石墨混合均匀，再加入高分子材料混合均匀，然后挤出造粒，压制成所需形状，用浓度15～30％硫酸浸泡，洗涤，烘干。本发明使用导电性能好但价格便宜的石墨作为基体材料，通过将其膨胀、引入活性基团与纳米二氧化钒结合后，再与高分子材料复合制备得到多孔电极材料。本发明方法不仅新颖，而且简短，成本低廉，易于控制。

技术领域

本发明属于电极材料制备领域，具体涉及一种纳米二氧化钒/网状石墨基复合电极材料的制备方法。

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。随着其技术的提高，生产成本逐渐降低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。目前超级电容器的价格较昂贵，还不能用于大规模的电力储能。因此，降低其生产成本是超级电容在未来进一步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有产生很大的影响，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。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。该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(通常用聚苯胺、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。

碳材料作为基体、金属氧化物作为活性物质的超级电容器的复合电极材料虽然能够获得更大的比容量，但因使用的部分碳材料如碳纤维、碳纳米管、石墨烯等价格并不便宜，也会严重限制其在储能领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是降低超级电容器的电极成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：纳米二氧化钒/网状石墨基复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

a、石墨的膨胀及活化；

b、膨胀石墨与纳米二氧化钒的复合：将步骤a处理后的石墨与无水乙醇、纳米二氧化钒混合均匀；在超声波频率为15～35khz进行超声处理，然后过滤、无水乙醇洗涤、干燥，研磨成粉得到复合石墨；

c、多孔复合材料的制备：将泡沫镍与复合石墨混合均匀，再加入高分子材料混合均匀，然后挤出造粒，压制成所需形状，用浓度15～30％硫酸浸泡，洗涤，烘干。

上述方法步骤b中，石墨与无水乙醇体积比为1∶1～3，石墨与纳米二氧化钒的质量比5～15∶100。

上述方法步骤b中，超声处理时间15～30分钟。

上述方法步骤c中，泡沫镍与复合石墨的质量比为1∶1～4；高分子材料质量∶复合石墨和泡沫镍的质量＝1～3∶1。

上述方法步骤c中，所述泡沫镍是选择市售孔径0.1～10mm、孔隙率为80～98％、通孔率≧90％的泡沫镍经粉碎后，筛选粒径为0.5～2mm的得到。