，从而得到小孔隙材料(即水凝胶)，并且该小孔隙材料是填充在大孔隙材料之中(图1)。在固化过程中，胶体会有一定程度的体积收缩，使得大孔隙内存在未填充缝隙(图1)，该缝隙可以作为离子的快速迁移和扩散通道。
[0033]实施例2
[0034]一种多级微孔复合电极材料，具有三维孔隙结构，其特征是:具有三维网状结构的小孔隙材料和具有三维网状结构的大孔隙材料相互包覆，所述小孔隙材料填充在大孔隙材料的孔隙中，所述大孔隙材料的孔隙存在未填满缝隙；所述大孔隙材料为泡沫铝，平均孔隙直径为0.1毫米；所述小空隙材料为导电水凝胶(聚苯胺)，平均孔隙直径为100微米。
[0035]本实施例所述一种多级微孔复合电极材料的制备方法，可以按以下方式制备:
[0036]将大孔隙材料泡沫铝浸泡在导电水凝胶(聚苯胺)溶液中，使得水凝胶溶液填充大孔隙；随后固化水凝胶。在固化过程中，水凝胶会有一定程度的体积收缩，使得大孔隙内存在未填充缝隙(图1)，该缝隙可以作为离子的快速迁移和扩散通道。
[0037]实施例3
[0038]一种多级微孔复合电极材料，具有三维孔隙结构，其特征是:具有三维网状结构的小孔隙材料和具有三维网状结构的大孔隙材料相互包覆，所述小孔隙材料填充在大孔隙材料的孔隙中，所述大孔隙材料的孔隙存在未填满缝隙；所述大孔隙材料为泡沫铝，平均孔隙直径为10毫米；所述小空隙材料为水凝胶的单体(苯胺)，平均孔隙直径为1微米。
[0039]本实施例所述一种多级微孔复合电极材料的制备方法，可以按以下方式制备:
[0040]大孔隙材料泡沫铝浸泡在水凝胶的单体(苯胺)溶液中，使得水凝胶单体溶液填充大孔隙；随后加入交联剂，并使得单体交联固化以形成水凝胶。随后固化水凝胶。在固化过程中，水凝胶会有一定程度的体积收缩，使得大孔隙内存在未填充缝隙(图1)，该缝隙可以作为离子的快速迁移和扩散通道。
[0041]本发明中复合电极材料的结构如图1所示，将小孔隙材料(如导电水凝胶)填充到大孔隙材料中(如泡沫金属)；大孔隙中仍有部分区域未填满(图1)，未填充缝隙可以作为离子快速迁移和扩散的通道。本发明的固化工艺可选择强紫外线照射、冷却等方式固化；腐蚀工艺可选用HF溶液腐蚀。
[0042]本发明所述的大孔隙材料(图2)的孔径为D (为毫米量级)，小孔隙材料(图3)的孔径为d(为纳米至微米量级)。孔隙的长度不限，孔隙可以贯穿材料内部，并且孔隙与孔隙之间可以相互连通，从而构成三维网孔结构(图4)。
[0043]本发明所述的复合电极材料，每个大孔隙中所填充的小孔隙材料的径向尺寸受限(小于或等于D)，这有效限制了小孔隙材料的厚度，从而使得孔隙内的离子仍可保持较快的迁移和扩散速度；同时，由于大孔隙材料具有高的孔隙度，这使得小孔隙材料的总装载量仍然很大。
[0044]本发明所述的大孔隙材料，由于网孔尺寸较大(约毫米量级)，因此比表面积较小，存储的能量密度较低，但具有良好的导电能力(电导率高)。本发明所述的小孔隙材料，虽然网孔尺寸很小(纳米至微米量级)，比表面积大(储能密度高)，但装载量小、导电率较低。因此，本发明所述的复合材料，可以结合两种材料的优点，扬长避短，使其具有高的比表面积(储能密度)、高的装载量、以及快的离子迁移和扩散速度(充放电速度)。
[0045]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
【主权项】
1.一种多级微孔复合电极材料，具有三维孔隙结构，其特征是:具有三维网状结构的小孔隙材料和具有三维网状结构的大孔隙材料相互包覆，所述小孔隙材料填充在大孔隙材料的孔隙中，所述大孔隙材料的孔隙存在未填满缝隙。2.—种如权利要求1所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述大孔隙材料的网孔尺寸为毫米量级；所述小孔隙材料网孔尺寸为纳米至微米量级。3.—种如权利要求1所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述大孔隙材料为泡沫金属材料。4.一种如权利要求3所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述泡沫金属材料选自泡沫铝、泡沫镍中的任一种。5.一种如权利要求1所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述小孔隙材料为导电水凝胶固化后形成的孔隙材料、有机胶体与微纳颗粒的混合胶体固化腐蚀后形成的孔隙材料、有机胶体与纳米线的混合胶体固化腐蚀后形成的孔隙材料、水凝胶单体加入交联剂固化形成的水凝胶固化后形成的孔隙材料中的任一种。6.一种如权利要求5所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述导电水凝胶选自聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的任一种。7.—种如权利要求2所述多级微孔复合电极材料，其特征是:所述大孔隙材料的网孔尺寸为0.1毫米至20毫米；所述小孔隙材料网孔尺寸为1纳米至100微米。8.—种如权利要求1-7所述多级微孔复合电极材料的制备方法，其特征在于:将具有三维网状结构的大孔隙材料侵泡在水凝胶溶液中，使得水凝胶溶液填充到具有三维网状结构的大孔隙中；随后固化水凝胶，形成三维小空隙材料；在固化过程中，水凝胶会有一定程度的体积收缩，使得大孔隙内存在未填充缝隙。9.根据权利要求8所述多级微孔复合电极材料的制备方法，其特征在于:所述水凝胶通过将有机胶体与微纳颗粒或者将有机胶体与纳米线互混得到混合水凝胶体、随后腐蚀除去微纳颗粒或纳米线而形成的小孔隙材料，或者所述水凝胶为导电水凝胶。10.根据权利要求8所述多级微孔复合电极材料的制备方法，其特征在于:所述水凝胶溶液通过加入交联剂，使得单体交联固化以形成水凝胶。
【专利摘要】本发明涉及一种多级微孔复合电极材料及其制备方法，其结构为具有三维孔隙结构，其特征是：具有三维网状结构的小孔隙材料和具有三维网状结构的大孔隙材料相互包覆，所述小孔隙材料填充在大孔隙材料的孔隙中，所述大孔隙材料的孔隙存在未填满缝隙。所述电极材料的制备方法，将具有三维网状结构的大孔隙材料侵泡在水凝胶溶液中，使得水凝胶溶液填充到具有三维网状结构的大孔隙中；随后固化水凝胶，形成三维小空隙材料；在固化过程中，水凝胶会有一定程度的体积收缩，使得大孔隙内存在未填充缝隙。其有益效果是，该复合电极材料具有高的比表面积(高储能密度)、以及快的离子迁移和扩散速度(充放电时间短)；而且制造工艺简单，材料成本低廉。
【IPC分类】H01G11/24, H01G11/86, H01G11/26
【公开号】CN105280392
【申请号】CN201410320936
【发明人】黄辉, 渠波, 刘蓬勃, 马驰, 胡杰, 白敏
【申请人】黄辉, 渠波, 刘蓬勃
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月7日