一种钒酸铋/炭超级电容电池及其制备方法与流程

文档序号:11136257阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于:以钒酸铋电极提供法拉第电量,炭电极提供双电层电量,碱性水溶液为电解质。

2.根据权利要求1所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于:所述的炭电极,采用的炭材料为活性炭、石墨化碳或石墨烯,其元素组成按质量百分比计为:碳元素60~95%、氧元素0.01~25%、氢元素0.05~5%、氮元素0~15%;其粒径为0.05~3μm、比表面积为500~3000m2/g。

3.根据权利要求1或2所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于,所述的钒酸铋电极,采用的钒酸铋材料是在有机溶剂体系中,通过化学沉淀法、溶剂热法、以及化学沉淀法与溶剂热法结合的方法制备得到,其比表面积为10~500m2/g;其制备方法包括如下步骤:

(1)将含铋原料溶于溶剂中,配制成浓度为0.01~5mol/L的铋离子溶液;将可溶性的钒酸盐溶于溶剂中,配成浓度为0.01~5mol/L的钒酸根离子溶液;

(2)按铋与钒的摩尔比为(1:0.9)~(1:1.2),将钒酸根离子溶液滴加到步骤(1)的铋离子溶液中,搅拌或超声混匀得到金黄色透明混合溶液,再在温度为5~50℃及搅拌条件下向混合溶液中滴加碱性有机溶液进行沉淀反应0.5~10h、控制终点pH值为5~12,反应完成后将沉淀分别用去离子水、无水乙醇依次洗涤并进行固液分离,将得到的固体物于60~150℃下干燥6~36h制备出钒酸铋材料;

或者将上述金黄色透明混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内,在100~250℃下进行溶剂热反应1~24h,再依次用去离子水、无水乙醇洗涤沉淀,并进行固液分离,于60~150℃下干燥6~36h得到钒酸铋材料;

或者按铋与钒的摩尔比为(1:0.9)~(1:1.2),将钒酸根离子溶液滴加到步骤(1)的铋离子溶液中,搅拌或超声混匀得到金黄色透明混合溶液,再在温度为5~50℃及搅拌条件下向混合溶液中滴加碱性有机溶液进行沉淀反应0.5~10h、控制终点pH值为5~12,得到反应混合物,再将此反应混合物转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜内,在100~250℃下进行溶剂热反应1~24h,再依次用去离子水、无水乙醇洗涤沉淀,并进行固液分离,于60~150℃下干燥6~36h得到钒酸铋材料。

4.根据权利要求3所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于,所述的含铋原料包括金属铋、氧化铋、氢氧化铋、碳酸铋、碱式碳酸铋、硫酸氧铋、硝酸氧铋、硫酸铋、硝酸铋、卤化铋、乙酸铋中的一种或两种以上;对于不能直接溶于所述溶剂的含铋原料经过化学转化为可溶性的含铋化物。

5.根据权利要求3所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于,所述的钒酸盐,包括可溶性的钒酸盐或偏钒酸盐。

6.根据权利要求3所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于,所述的碱性有机溶液为碱性无机物溶于有机溶剂得到的溶液,或有机碱溶液,碱的浓度为0.01~5mol/L。

7.根据权利要求3所述的钒酸铋/炭超级电容电池,其特征在于,所述的溶剂,包括乙二醇、丙三醇中的一种或两种。

8.权利要求1至7任一项所述的钒酸铋/炭超级电容电池的制备方法,其特征在于:

(1)钒酸铋电极和炭电极的制备

按炭材料或钒酸铋材料70~95%、导电剂3~15%、粘结剂2~15%的质量百分比称量,首先将粘结剂溶于N-甲基-2-吡咯烷酮中,配成0.01~0.04g/ml的溶液,再将炭材料或钒酸铋材料、导电剂加入到粘结剂溶液中,搅拌均匀至膏状,涂覆在集流体上,再将其在80~150℃的干燥箱中干燥5~36h,经辊压后裁成圆形电极片,即得到炭电极片或钒酸铋电极片;

(2)钒酸铋/炭超级电容电池的制备

将炭电极片、隔膜、钒酸铋电极片依次放入超级电容电池模具中构造成二电极的三明治结构,滴加碱性水溶液电解质后将模具紧固密封;构造该超级电容电池时,炭电极的电容量比钒酸铋电极的电容量过剩0~30%。

9.根据权利要求8所述的钒酸铋/炭超级电容电池的制备方法,其特征在于,所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或两种以上;所述的导电剂为乙炔黑、炭黑、石墨、石墨烯中的一种或两种以上;所述的集流体为多孔网状、箔状或织物状的高电子导电率材料,涉及到泡沫镍、镍箔或镍网、铜网或铜箔、不锈钢网、不锈钢冲孔钢带或不锈钢箔、钛箔或钛网、铅箔或铅布、石墨化碳布或石墨烯布材料中的一种或两种以上。

10.根据权利要求8所述的钒酸铋/炭超级电容电池的制备方法,其特征在于,所述的隔膜为接枝聚丙烯无纺布、接枝PP微孔膜、玻璃纤维纸、尼龙无纺布、聚乙烯醇膜、石棉纸中的一种或两种以上;所述的电解质为一种或两种以上碱金属氢氧化物的水溶液,其浓度为1~8mol/L。

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