[发明专利]一种复合电极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种复合电极材料的制备方法和用途，所述复合电极材料由壳聚糖浸渍三聚氰胺海绵，经冷冻干燥、惰性气体保护下高温热处理制得，其中三聚氰胺海绵碳化后得到碳骨架，壳聚糖碳化后得到碳片嵌入或者包覆所述碳骨架，所述复合电极材料具有良好的比电容、快速充放电特性和循环稳定性，可用于柔性或固态超级电容器领域。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种复合电极材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着各种便携式、可穿戴电子器件的发展，迫切需要发展高效、安全、绿色的柔性能量储存器件。超级电容器具有充放电速度快、功率密度大、循环寿命长及安全性高的优势引起了广泛关注。为满足超薄、轻质化、可弯曲的需要，人们致力于开发兼具优异电化学性能及良好机械性能的新型电容器。影响超级电容器性能的关键是其电极材料，传统超级电容器电极在制作时需加入10～20％的导电剂、5～10％的粘结剂，致使活性物质在整个电极中的真实含量小于80％，降低了电容器实际的性能。因此，构筑不需要粘结剂、导电剂的自支撑结构电极可提高其性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种复合电极材料及其制备方法和用途，所述复合电极材料由两种碳材料复合而成，材料整体呈现出碳包覆或者嵌入碳泡沫材料的自支撑结构，具有良好的导电性。

为了实现以上目的及其他目的，本发明是通过包括以下技术方案实现的：本发明首先提供了一种复合电极材料的制备方法，所述方法包括：形成一壳聚糖溶液；将三聚氰胺海绵在所述壳聚糖溶液中充分浸渍后进行抽真空处理得到壳聚糖浸渍的三聚氰胺海绵；将所述壳聚糖浸渍的三聚氰胺海绵进行冷冻干燥得到所述复合电极材料的前驱体；在无氧条件下热处理所述复合电极材料的前驱体以得到所述复合电极材料。

在一实施例中，所述壳聚糖溶液的质量分数为0.5～1.5％。

在一实施例中，所述三聚氰胺海绵的厚度为1～6cm，长度为3～15cm，宽度为2～8cm。

在一实施例中，所述三聚氰胺海绵为边长为3～6cm的立方体结构。

在一实施例中，所述浸渍的时间为1～4min。

在一实施例中，所述抽真空处理的真空度为-0.05～-0.1MPa。

在一实施例中，所述无氧条件是在惰性气体保护下进行，所述惰性气体为氮气、氩气、氩氢混合气及氮氢混合气中的任意一种。

在一实施例中，所述热处理的温度为600～1200℃，所述热处理的时间为0.2～6h。

本发明另一方面还提供了一种如上所述方法制备得到的复合电极材料。

在一实施例中，所述复合电极材料在-1～0V电压范围内，0.2A/g的电流密度下，容量为200F/g，10A/g的电流密度下，电容为118F/g，电容保持率为59％。

在一实施例中，所述复合电极材料中氮元素的含量为3.22～4.99％。

本发明再一方面还提供了一种包含如上所述复合电极材料的储能装置。

在一实施例中，所述储能装置为超级电容器。

本发明的有益效果在于：制备的复合电极材料具有自支撑结构，导电性能良好，制作电极时无需添加导电剂、粘结剂，可以有效提高电容器中活性材料比例，提升电容器真实性能。另外，由于无需添加导电剂、粘结剂，使得整个电极制备过程得到简化，大大降低了电极制作成本，电极在制备时省去了研磨、辊压成膜及烘干等步骤，降低了工艺成本。