CN102426929A - 超级电容器氧化钌电极的制备方法 - Google Patents

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徐友龙
刘一凡
张选红
马建华
陈刚
石洪富
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Abstract

本发明公开了一种超级电容器氧化钌电极的制备方法，属于电容器电极的制备方法；本发明方法是在涂覆于钽箔表面的含钌化合物浆料中加入了阀金属粉和纳米水合氧化钌，然后将烘干后的钽箔放入水汽环境中进行热分解制备无定形水合二氧化钌阴极，因此能够避免二氧化钌脱水结晶，从而提高了氧化钌涂层与钽箔的结合强度、提高了氧化钌带电极的比容量。采用本发明方法制备的电容器电极具有耐高温性能好、抗振动能力强等优点、能量密度和功率密度高等优点；是一种制备超级电容器的方法。

Description

超级电容器氧化钌电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电容器电极的制备方法，尤其涉及一种在钽基体上制备超级电容器氧化钌电极的方法。
背景技术：众所周知，超级电容器是一种兼具高能量密度和功功率密度的储能电容器；而电极材料的比容量是影响超级电容器性能的关键因素之一。目前，用于制作超级电容器电极的材料主要有碳材料、金属氧化物以及导电聚合物三大类；在各种电极材料中，无定形水合氧化钌（通常被简称为氧化钌）不仅具有较高的理论比容量（>1000F/g）和较高的电导率（>100S/cm），而且还具有较宽的电位窗和优异的循环稳定性等优势，是一种被公认为性能最优异的超级电容器电极材料。通常，制备氧化钌电极材料的方法主要分为两种，一种是先采用化学法制备氧化钌粉末，然后再将其涂覆在电极表面；另一种是采用电化学法直接在集电极表面制备氧化钌。前者虽然容易规模化生产，但需要在氧化钌中添加粘结剂和导电剂制成浆料；存在内阻大和可靠性低等缺陷。后者制备的氧化钌多孔涂层虽然具有内阻低、比容量较高、成膜便利等优点，但存在工艺复杂、氧化钌涂层与钽基体的结合强度低等缺陷。
申请人在公开号为“CN102169759A”、名称为“一种氧化了电极材料的制备方法”的发明专利文献中公开了一种制备超级电容器氧化钌电极材料的方法，其作法是将涂覆有含钌化合物浆料的钽基体，放入蒸汽环境中进行热分解，从而在钽基体表面直接制备氧化钌涂层。该方法虽然克服了传统工艺的不足，但该方法制备的氧化钌电极比容量低于溶胶-凝胶法或电化学法制备的氧化钌电极比容量，因此用该方法制备的氧化钌电极制造的超级电容器其能量密度仍有待于提高。
发明内容：针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种超级电容器氧化钌电极的制备方法，本方法制备的氧化钌电极不仅氧化钌涂层附着力强、比容量大，而且利用该氧化钌电极制作的超级电容器功率密度和能量密度高、内阻低等特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括将含钌浆料涂覆于钽箔表面，50～120℃烘干，然后将该钽箔放入200～300℃的加热炉中，通入5～90KPa的蒸汽、热分解1～10小时；其特征在于所述含钌浆料配制方法如下：
1）将含钌化合物与纳米水合氧化钌按1:0.1～5的摩尔比混合，得含钌混合物；所述含钌化合物为三氯化钌、或碘化钌、或水合三氯化钌、或水合碘化钌；
2）将所述含钌混合物与阀金属粉按1:0.2～5的摩尔比混合，得混合粉料；所述阀金属粉为钽粉或铌粉；
3）将所述混合粉料与溶剂按1:0.5～5的重量比混合均匀，得含钌浆料；所述溶剂为水、或乙醇、或乙二醇、或丙酮、或水与乙醇的混合物、或水与乙二醇的混合物、或水与丙酮的混合物之一。
本发明的优选技术方案为：加热炉温度为250℃、蒸汽的压力为30～70KPa、热分解时间为2～8小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:1～4。
本发明更进一步的优选技术方案为：蒸汽的压力为40～50KPa、热分解时间为4～6小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:2～3。
本发明的最佳技术方案为：蒸汽的压力为45KPa、热分解时间为5小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:2.5。
与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，在原来技术方案的基础上增加了按溶胶-凝胶法或电化学法制备的纳米水合氧化钌，因此具有如下优点：
（1）采用二氧化钌涂层为电极材料，制得的超级电容器的体积比容量远大于碳基超级电容器和普通金属氧化物超级电容器。
（2）在水分环境中热分解含钽粉或铌粉的含钌浆料，制备得到的氧化钌涂层附着力强，避免了因添加粘结剂而导致绝缘电阻大、粘结疏松等缺点，因而超级电容器的等效串联电阻（ESR）值低、功率密度高、可靠性好。
（3）在含钌浆料中添加料高比容量的纳米水合氧化钌，并在高浓度的水汽保护下进行热分解，因此有效避免了高比容量的水合氧化钌转变为低比容量的结晶氧化钌，因此能够制造出的超级电容器能量密度高。
（4）利用本方法制备的氧化钌电极在硫酸电解液中的性能稳定，即便在200℃的高温下也不会和硫酸发生反应，因此适应温度范围宽、可靠性好。
具体实施方式：下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
1）将含钌化合物与纳米水合氧化钌按1:0.1～5的摩尔比混合，得含钌混合物；所述含钌化合物为三氯化钌、或碘化钌、或水合三氯化钌、或水合碘化钌，纳米水合氧化钌按常规的溶胶-凝胶法或电化学法制备；
2）将所述含钌混合物与阀金属粉按1:0.2～5的摩尔比混合，得混合粉料；所述阀金属粉为常规钽粉、或超细钽粉、或电容器用钽粉、或常规铌粉、或超细铌粉、或电容器用铌粉；
3）将所述混合粉料1克与0.5克水混合均匀，得含钌浆料；
4）将上述含钌浆料均匀涂覆在经过表面处理的钽箔表面，放入50～120℃的烘箱中烘干；
5）将烘干后的钽箔放入200℃的加热炉中，通入90KPa的蒸汽、恒温10小时；
6）重复步骤4）和步骤5）的操作，直至二氧化钌的涂层达到50～500微米。
实施例2
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与5克乙醇配制而成，步骤5）中的加热温度为300℃、通入蒸汽的压力为5KPa、恒温时间为1小时。
实施例3
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与1克乙二醇配制而成，步骤5）中的加热温度为250℃、通入蒸汽的压力为30KPa、恒温时间为2小时。
实施例4
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与4克丙酮混合配制而成，步骤5）中加热温度为280℃、通入蒸汽的压力为70KPa、恒温时间为8小时；其中，水与丙酮按可以按任意比例配制。
实施例5
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与2克水与乙醇混合物配制而成，步骤5）中加热温度为230℃、通入蒸汽的压力为40KPa、恒温时间为4小时；其中，水与乙醇按可以按任意比例配制。
实施例6
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与3克水与丙酮的混合物配制而成，步骤5）中加热温度为290℃、通入蒸汽的压力为50KPa、恒温时间为6小时；其中，水与丙酮按可以按任意比例配制。
实施例7
各步骤同实施例1；其中，步骤3）中的含钌浆料由1克混合粉料与2.5克水与乙二醇的混合物配制而成，步骤5）中加热温度为290℃、通入蒸汽的压力为45KPa、恒温时间为5小时；其中，水与乙二醇按可以按任意比例配制。 

Claims (4)

1. 一种超级电容器氧化钌电极的制备方法，包括将含钌浆料涂覆于钽箔表面，50～120℃烘干，然后将该钽箔放入200～300℃的加热炉中，通入5～90KPa的蒸汽、热分解1～10小时；其特征在于所述含钌浆料配制方法如下：
1）将含钌化合物与纳米水合氧化钌按1:0.1～5的摩尔比混合，得含钌混合物；所述含钌化合物为三氯化钌、或碘化钌、或水合三氯化钌、或水合碘化钌；
2）将所述含钌混合物与阀金属粉按1:0.2～5的摩尔比混合，得混合粉料；所述阀金属粉为钽粉或铌粉；
3）将所述混合粉料与溶剂按1:0.5～5的重量比混合均匀，得含钌浆料；所述溶剂为水、或乙醇、或乙二醇、或丙酮、或水与乙醇的混合物、或水与乙二醇的混合物、或水与丙酮的混合物之一。
2.根据权利要求1所述的超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于：加热炉温度为250℃、蒸汽的压力为30～70KPa、热分解时间为2～8小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:1～4。
3.根据权利要求1所述的超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于：蒸汽的压力为40～50KPa、热分解时间为4～6小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:2～3。
4.根据权利要求1所述的超级电容器氧化钌电极的制备方法，其特征在于：蒸汽的压力为45KPa、热分解时间为5小时，步骤3）中混合粉料与溶剂的重量比为1:2.5。
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