本發(fā)明涉及超級(jí)電容器電極材料，具體涉及一種提高商用碳材料比容量的方法及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、超級(jí)電容器是一種介于蓄電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型儲(chǔ)能器件，設(shè)計(jì)具有高比容量的超級(jí)電容器用電極材料是其在眾多電化學(xué)儲(chǔ)能器件中取得優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。目前，根據(jù)電極材料的儲(chǔ)能特性可將超級(jí)電容器分為雙電層電容器和贗電容器，前者靠電極活性位點(diǎn)物理形式的雙電層反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)能，具有超高的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，但比電容量低；后者靠電極材料表面的活性物質(zhì)發(fā)生可逆的氧化還原化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行儲(chǔ)能，能量密度高，但功率密度低。因此，超級(jí)電容器性能提升的關(guān)鍵在于電極材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

2、商用碳電極材料因其超高的比表面積和理論比容量在超級(jí)電容器電極材料中極具應(yīng)用潛力，但受限于當(dāng)前制備加工工藝和反應(yīng)條件等因素，碳電極材料的電容量仍然很難達(dá)到理論值，從而導(dǎo)致所組裝的超級(jí)電容器能量密度有限。傳統(tǒng)的碳電極材料修飾改進(jìn)方法通常以破壞原有的碳骨架結(jié)構(gòu)來(lái)獲得更高的比電容量，對(duì)碳電極材料的結(jié)構(gòu)連續(xù)性和導(dǎo)電性產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致電極在循環(huán)充放電過(guò)程中出現(xiàn)明顯的容量衰減現(xiàn)象。因此，在不犧牲商用碳電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下設(shè)計(jì)一種提升其比電容量的方法有望進(jìn)一步改善超級(jí)電容器產(chǎn)品的能量密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)當(dāng)前商用碳電極材料比容量有限以及傳統(tǒng)的碳電極材料修飾改進(jìn)方法影響循環(huán)穩(wěn)定性的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種提高商用碳材料比容量的方法，在不改變碳材料結(jié)構(gòu)的前提下，達(dá)到顯著提升電化學(xué)性能的目的。

2、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種提高商用碳材料比容量的方法，將商用碳材料與贗電容材料復(fù)合，得到改進(jìn)的商用碳材料。

4、本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種通過(guò)所述提高商用碳材料比容量的方法得到的改進(jìn)的商用碳材料。

5、本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供所述改進(jìn)的商用碳材料作為電極材料的應(yīng)用。

6、本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種超級(jí)電容器，以所述改進(jìn)的商用碳材料作為電極材料。

7、本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種超級(jí)電容器的制備方法，包括以下步驟：

8、(1)將所述改進(jìn)的商用碳材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按比例均勻混合，得到碳電極漿料；

9、(2)將碳電極漿料均勻涂覆在集流體上，干燥，輥壓，得到碳電極片；

10、(3)將碳電極片與隔膜、電解液組裝成超級(jí)電容器。

11、本發(fā)明的有益效果是：

12、(1)本發(fā)明所采用的原位修飾的方式不改變碳材料結(jié)構(gòu)，可顯著提高商用碳材料的導(dǎo)電性，并通過(guò)優(yōu)化離子在電極內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到提升其比電容量的目的。

13、(2)本發(fā)明通過(guò)贗電容活性物質(zhì)的穩(wěn)固原位負(fù)載使商用碳電極材料獲得增強(qiáng)的電化學(xué)反應(yīng)能力，兼具高比容量和優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性的特征。

14、(3)本發(fā)明所提供的方法具有工藝簡(jiǎn)便、成本低廉的特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；呐可a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種提高商用碳材料比容量的方法，其特征在于：將商用碳材料與贗電容材料復(fù)合，得到改進(jìn)的商用碳材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高商用碳材料比容量的方法，其特征在于：所述商用碳材料為無(wú)定形碳、碳納米管、碳纖維、石墨、石墨烯、富勒烯中的一種或幾種；優(yōu)選地，所述商用碳材料的比表面積>500m2/g，導(dǎo)電率＞50s/m。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高商用碳材料比容量的方法，其特征在于：所述贗電容材料為金屬氧化物、金屬氫氧化物、金屬硫化物、導(dǎo)電聚合物、含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高商用碳材料比容量的方法，其特征在于：所述復(fù)合的方式為高能束流掃描處理、閃蒸焦耳熱處理、通電焦耳熱處理、水熱處理、熱處理、物理嵌入中的一種或幾種。

5.通過(guò)權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的提高商用碳材料比容量的方法得到的改進(jìn)的商用碳材料。

6.權(quán)利要求5所述的改進(jìn)的商用碳材料作為電極材料的應(yīng)用。

7.一種超級(jí)電容器，其特征在于：以權(quán)利要求5所述的改進(jìn)的商用碳材料作為電極材料。

8.一種超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于：所述改進(jìn)的商用碳材料與導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(75～90):(2～15):(2～15)；

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超級(jí)電容器的制備方法，其特征在于：所述超級(jí)電容器以串聯(lián)或并聯(lián)方式進(jìn)行組合，得到超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高商用碳材料比容量的方法及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用，涉及超級(jí)電容器電極材料技術(shù)領(lǐng)域，所述提高商用碳材料比容量的方法是將商用碳材料與贗電容材料復(fù)合，得到改進(jìn)的商用碳材料；本發(fā)明所采用的原位修飾的方式不改變碳材料結(jié)構(gòu)，可顯著提高商用碳材料的導(dǎo)電性，并通過(guò)優(yōu)化離子在電極內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到提升其比電容量的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：王振洋,張淑東,李年,康俊,劉翠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽格蘭科新材料技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6