一种复合钽电容器的阴极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种复合钽电容器的阴极材料及其制备方法，复合钽电容器的阴极材料是将水合氧化钌以高亲水性多壁碳纳米管和氧化石墨烯为载体沉积而成，然后将复合阴极材料热压在钽箔上制成钽基氧化钌电极，各物质所占质量百分比分别为：水合氧化钌27％至73％、高亲水性多壁碳纳米管16％至49％、氧化石墨烯5％至15％、导电剂1％至10％、粘结剂3％至8％。本发明专利技术的优点在于：将多壁碳纳米管经混合强酸处理后，该碳纳米管所含金属杂质减少，比表面积增加，亲水性得到大幅提高；同时由于处理后的碳纳米管与氧化石墨烯形成三维碳结构，增加了沉积在纳米碳上的水合氧化钌与电解液的接触面积，从而提高了钽基氧化钌电极的比容量和功率密度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学电容器
，尤其是涉及一种复合钽电容器的阴极材料及其制备方法。
技术介绍
电化学电容器是一种基于法拉第氧化还原反应储能机理，兼具电池和传统电容器特点的储能器件，在国防装备，绿色能源、轨道交通、电动汽车领域都有广泛的应用前景。根据电极材料的不同，电化学电容器分为金属氧化物电容器和导电聚合物电容器，其中金属氧化物氧化钌是目前被公认最理想的电容器电极材料，但是氧化钌单独作为电极材料价格昂贵、分散性差，氧化钌与电解液接触面积有限，限制了氧化钌的优越性能。为了提高材料利用率和电极性能、降低电极成本，将氧化钌沉积在碳材料上制备成复合阴极材料，既可以增加氧化钌与电解液的接触面积，同时又可以克服电极成本高、循环性能差等缺点。目前主要的碳材料有活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等。碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成中空的管体，是一种准一维纳米材料，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，碳纳米管兼具比表面积利用率高以及良好的导电性，同时碳纳米管可以提高氧化钌分散性。但由于范德华力以及表面能的作用，碳纳米管易团聚缠绕，限制了电解液中离子的扩散，因此有必要对它进行处理，增加碳纳米管的分散性和亲水性。石墨烯是碳原子形成的二维蜂窝状晶格结构的一种新型碳材料，具有良好的功率特性。但由于单独使用石墨烯和氧化钌复合制备的电极，无法使沉积在石墨烯整个表面的氧化钌与电解液良好接触，限制了复合电极的性能。针对以上材料的不足，有必要开发一种适合大规模工业生产的复合钽电容器的阴极材料及电极制备方法，增加氧化钌与电解液的接触面积，提高复合电极的比容量和功率密度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种复合钽电容器的阴极材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本低、循环特性好，能有效提高电极片的比容量和功率密度。本专利技术的一种技术方案是这样实现的：一种复合钽电容器的阴极材料，各物质所占质量百分比分别为：水合氧化钌27％至73％、高亲水性多壁碳纳米管16％至49％、氧化石墨烯5％至15％、导电剂1％至10％、粘结剂3％至8％。本专利技术的另一种技术方案是这样实现的：一种复合钽电容器的阴极材料的制备方法，按以下步骤进行：步骤1，将多壁碳纳米管分散在混合强酸中搅拌均匀，60℃至100℃高温处理2h至8h后，抽滤、水洗、干燥后得到高亲水性多壁碳纳米管；步骤2，将水合三氯化钌溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml至20mg/ml的三氯化钌溶液，将氧化石墨烯和高亲水性多壁碳纳米管研磨均匀的混合物加入三氯化钌溶液中，搅拌0.5h至1h，150℃至200℃水热反应8h至12h后，抽滤、水洗、醇洗、150℃至200℃干燥24h后制得复合钽电容器的阴极材料；步骤3，钽箔经10MPa压片0.5h，丙酮去油，碱液清洗，混合强酸去氧化膜等处理，100℃至120℃干燥2h后得清洁表面的钽箔；步骤4，将粘结剂与N-甲基吡咯烷酮超声振荡0.5h至1h后得到胶体溶液，将复合电极材料和导电剂研磨均匀的混合物，超声处理0.5h至1h后，加入胶体溶液中，搅拌2h至3h后热压在钽箔上。将涂覆后的钽箔经45℃至60℃干燥4h，90℃至120℃干燥1h后，真空170℃至220℃烧结0.5h制得复合钽电容器的电极。作为一种优选的技术方案，所述的电极是钽基氧化钌-纳米碳复合电极。作为一种优选的技术方案，所述的混合强酸包括浓硝酸、浓硫酸、过氧化氢的一种或者多种。作为一种优选的技术方案，所述的粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素的一种或者多种。作为一种优选的技术方案，所述的导电剂包括乙炔黑、导电石墨、导电炭黑、石墨烯、碳纳米管的一种或者多种。采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过将准一维材料高亲水性多壁碳纳米管和二维材料多层氧化石墨烯复合，搭建了一个三维立体亲水性的空间电极结构，将氧化钌均匀沉积在三维电极结构上，有效增加了氧化钌与电解液溶液的接触面积，充分发挥氧化钌的优异性能，提高了钽基氧化钌电极的比容量和功率密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术复合电极材料三维碳结构示意图。图2为本专利技术复合钽电容器的阴极材料的SEM图。图3为本专利技术复合钽电容器的电极片在不同扫描速率下的循环伏安图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1-图3所示：复合电极材料各物质所占质量百分比分别为：水合氧化钌40％、高亲水性多壁碳纳米管32％、氧化石墨烯13％、导电剂10％、粘结剂5％。步骤1，将多壁碳纳米管分散在混合强酸中搅拌均匀，60℃至100℃高温处理2h至8h后，抽滤、水洗、干燥后得到高亲水性多壁碳纳米管；步骤2，将水合三氯化钌溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml至20mg/ml的三氯化钌溶液，将氧化石墨烯和步骤1中制得的高亲水性多壁碳纳米管研磨均匀的混合物加入三氯化钌溶液中，搅拌0.5h至1h，150℃至200℃水热反应8h至12h后，抽滤、水洗、醇洗、150℃至200℃干燥24h后制得复合钽电容器的阴极材料；步骤3，钽箔经10MPa压片0.5h，丙酮去油，碱液清洗，混合强酸去氧化膜等处理，100℃至120℃干燥2h后得清洁表面的钽箔；步骤4，将粘结剂与N-甲基吡咯烷酮超声振荡0.5h至1h后得到胶体溶液，将步骤2制得的复合阴极材料和导电剂研磨均匀的混合物，超声处理0.5h至1h后，加入胶体溶液中，搅拌2h至3h后热压在步骤3得到的钽箔上，将涂覆后的钽箔经45℃至60℃干燥4h，90℃至120℃干燥1h后，真空170℃至220℃烧结0.5h制得复合钽电容器的电极。实施例2复合电极材料各物质所占质量百分比分别为：水合氧化钌50％、<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合钽电容器的阴极材料，其特征在于，各物质所占质量百分比分别为：水合氧化钌27％至73％、高亲水性多壁碳纳米管16％至49％、氧化石墨烯5％至15％、导电剂1％至10％、粘结剂3％至8％。

【技术特征摘要】
1.一种复合钽电容器的阴极材料，其特征在于，各物质所占质
量百分比分别为：水合氧化钌27％至73％、高亲水性多壁碳纳米管16％
至49％、氧化石墨烯5％至15％、导电剂1％至10％、粘结剂3％至8％。
2.一种复合钽电容器的阴极材料的制备方法，其特征在于，按
以下步骤进行：
步骤1，将多壁碳纳米管分散在混合强酸中搅拌均匀，60℃至100℃
高温处理2h至8h后，抽滤、水洗、干燥后得到高亲水性多壁碳纳米
管；
步骤2，将水合三氯化钌溶解在40ml至60ml水中得到10mg/ml
至20mg/ml的三氯化钌溶液，将氧化石墨烯和高亲水性多壁碳纳米管
研磨均匀的混合物加入三氯化钌溶液中，搅拌0.5h至1h，150℃至
200℃水热反应8h至12h后，抽滤、水洗、醇洗、150℃至200℃干
燥24h后制得复合钽电容器的阴极材料；
步骤3，钽箔经10MPa压片0.5h，丙酮去油，碱液清洗，混合强
酸去氧化膜等处理，100℃至120℃干燥2h后得清洁表面的钽箔；
步骤4，将粘结剂与N...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢云，沈逸欣，冯孟杰，宫岩坤，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51