一種氧化釕電極材料的製備方法
2023-05-28 18:20:06 1
專利名稱：一種氧化釕電極材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種氧化釕電極材料的製備方法，尤其涉及一種超級電容器用氧化釕電極材料的製備方法。技術背景隨著化石能源(石油、煤和天然氣)的逐步枯竭和化石能源的使用對環境和生態影響的日益嚴重，節約和高效潔淨使用能源越來越受到重視。超級電容器，也被稱為電化學電容器，是一種介於傳統電容器和電池之間的新型儲能器件，具有比傳統電容器高得多的能量密度和比電池大得多的功率密度，作為高效儲能器件之一受到廣泛的關注。電極材料是影響超級電容器性能的關鍵性因素。電極材料主要有3大類高比表面積的碳材料、金屬氧化物和導電聚合物材料。在各種電極材料中，無定形水合氧化釕(通常被簡稱為氧化釕)電極材料不僅具有高的理論比容量(> 1000F/g)和高的電導率(> 100S/ cm)，而且還具有寬的電位窗和優異的循環穩定性等優勢，因此，是一種被公認為性能最優異的超級電容器電極材料。通常製備氧化釕電極材料的方法主要分為先用化學法製備氧化釕粉末再塗覆在集電極表面和電化學法直接在集電極表面製備氧化釕兩種。前者雖然容易規模化生產，但需要在化學法製備的氧化釕中添加粘結劑和導電劑製成漿料，再塗覆在集電極表面(例如專利文獻1)。因此存在如下問題1、在電極材料中加入了電氣絕緣的粘結齊U，會增加電極材料的內阻而降低最大輸出功率密度(最大功率密度Pmax = V2/(4R)，V為電壓，R為內阻)；2、添加導電劑雖然可以降低內阻而緩解這一問題，但導電劑和粘結劑這兩種添加劑的加入會降低電極材料中活性物質的含量而明顯降低電極的比容量；3、粘結劑在長期使用過程中、特別是在高溫環境使用時易失效，粘結劑失效後氧化釕粉末將脫離集電極而導致器件失效。電化學法製備的氧化釕具有如下優點1、氧化釕在集電極表面直接成膜，工藝簡單；2、不需要粘結劑和導電添加劑，因而內阻低、容量高；3、電極厚度均勻，膜厚可以通過沉積電量控制。然而，電化學製備氧化釕存在如下問題氧化釕沉積電位較高， 難以直接在鈦、鉭和石墨等常用金屬集電極表面沉積，目前通常採用先在鈦、鉭和石墨等常用金屬集電極表面熱分解一層氧化釕作為預塗層，然後在預塗層表面電化學法沉積氧化釕電極，這樣不僅增加了工藝複雜性，而且製備的氧化釕內應力大，附著強度低，需要在200°C 以上進行退火，退火過程無定形水合氧化釕易脫水而部分生成不含水的二氧化釕，並且在更高的溫度下，部分無定形水合氧化釕還會結晶，這兩者都將降低其電化學容量性能。因此，目前基於氧化釕的電極材料仍採用先製備氧化釕再添加粘結劑和導電劑等後塗覆在集電極上的方法製備(例如專利文獻2和3)，儘管該方法存在上述問題。專利文獻1 [公開號 CN 101269851A]專利文獻2 [公開號CN 1345074A]專利文獻3 [公開號CN 1963966A]
發明內容
針對以上問題，本發明的目的在於提供一種生產工藝簡單、電化學容量性能優異和能大規模生產的一種氧化釕電極製備工藝。本發明旨在提供一種在電極材料上塗覆含釕的低價化合物後進行熱分解製備無定形水合氧化釕電極材料的方法，其特徵是其藝步驟依次為(1)將含釕的低價穩定化合物與溶劑混合調製成漿料；
(2)將配製好的漿料均勻塗覆在電極表面，形成均勻的表面塗層；(3)將塗覆有漿料的電極在室溫下晾乾或在50 100°C預烘乾；(4)將晾乾或預烘乾的上述電極放到有水蒸汽的加熱爐中，恆溫一段時間後取出。含釕的低價穩定化合物是指釕的滷化物三氯化釕RuCl3及其水合物RuCl3 -XH2O或碘化釕RuI3及其水合物RuI3 ·χΗ20,或者滷化物與二氧化釕RiA或水合物RiA ·χΗ20的混合物，所指溶劑包括水或乙醇或水和乙醇的混合液，含釕化合物和溶劑的質量比為1 0. 1 20之間，電極材料為鈦、鉭或石墨。上述所指的溶劑還包括乙二醇或丙酮，或水與乙二醇的混合液或水與丙酮的混合液。本發明晾乾或預烘乾的塗有漿料的電極在加熱爐中熱分解溫度150 300°C，水蒸汽濃度IKPa lOOKPa，熱分解時間1 證。本發明與現有技術相比所具有的優點本發明在水汽保護下在加熱爐中熱分解含釕化合物製備無定形水合氧化釕電極材料，不僅可以降低含釕化合物的分解溫度，提高生產效率，降低生產能耗，而且可以防止無定形水合氧化釕的脫水和結晶，因此可以提高熱分解法製備的氧化釕電極材料的電化學容量性能。並且不同於傳統的水熱法需要在密閉的水熱反應釜中進行，因此該易於規模化生產。該發明通過熱分解含釕化合物直接在集電極上製備無定形水合氧化釕，不需要粘結劑和導電劑等添加劑，不僅工藝簡單，而且獲得的氧化釕電極比容量高、內阻低。
具體實施例方式實施例1，將水合三氯化釕Ig加入水和乙醇的混合溶劑IOg中配置成漿料，水和乙醇質量比1 1，然後將漿料均勻塗覆在φ 33mm鈦電極上，(不一定將漿料塗完)，在80°C預烘乾後將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調節水蒸氣濃度為 lOltfa和熱分解溫度為230°C，熱分解3小時後即可獲得均勻覆蓋有無定形水合氧化釕材料的鈦集電極，經檢測其平均比容量為500F/g，平均導電率為120S/cm。實施例2，將Ig碘化釕RuI3加入6g丙酮中配置成漿料，然後將漿料均勻塗覆在 Φ 33mm鈦電極上，(不一定將漿料塗完)在50°C預烘乾後將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調節水蒸氣濃度為IOkPa和熱分解溫度為150°C，熱分解1. 5小時後即可獲得均勻覆蓋有無定形水合氧化釕材料的鈦集電極，經檢測其平均比容量為480F/g，平均導電率為 110S/cm。實施例3，將水合三氯化釕、氧化釕RuA各Ig加入20g乙醇中配置成漿料，然後將漿料均勻塗覆在Φ 33mm鉭電極上(不一定將漿料塗完)，在100°C預烘乾後將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調節水蒸氣濃度為SkPa和熱分解溫度為280°C，熱分解4小時後即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經檢測其平均比容量為400F/g，平均導電率為 300S/cm。實施例4，將水合三氯化釕、水合氧化釕RuA各Ig加入水和乙醇的混合溶劑20g 中配置成漿料，水和乙醇質量比1 1，然後將漿料均勻塗覆在<i)33mm鉭電極上(不一定將漿料塗完)，在100°C預烘乾後將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調節水蒸氣濃度為 SOkPa和熱分解溫度為300°C，熱分解5小時後即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經檢測其平均比容量為550F/g，平均導電率為130S/cm。
實施例5，將Ig三氯化釕加入水和乙二醇的混合溶劑IOg中配置成漿料 ，水和乙二醇質量比1 0.5，然後將漿料均勻塗覆在<i)33mm鉭電極上(不一定將漿料塗完)，在100°C 預烘乾後將電極在水汽保護下在加熱爐中熱分解，調節水蒸氣濃度為SOkPa和熱分解溫度為300°C，熱分解5小時後即可獲得無定形水合氧化釕的鉭集電極，經檢測其平均比容量為 500F/g，平均導電率為150S/cm。
權利要求
1.一種氧化釕電極材料的製備方法，其特徵是其工藝步驟依次為(1)將含釕的低價穩定化合物與溶劑混合調製成漿料；(2)將配製好的漿料均勻塗覆在電極表面，形成均勻的表面塗層；(3)將塗覆有漿料的電極在室溫下晾乾或在50 100°C預烘乾；(4)將晾乾或預烘乾的上述電極放到有水蒸汽的加熱爐中，恆溫一段時間後取出。
2.根據權利要求1所述的一種氧化釕電極材料的製備方法，其特徵是含釕的低價穩定化合物是指釕的滷化物三氯化釕RuCl3及其水合物RuCl3 · XH2O或碘化釕RuI3及其水合物 RuI3 · XH2O,或者滷化物與二氧化釕RuA或水合物RuA · χΗ20的混合物，所指溶劑包括水或乙醇或水和乙醇的混合液，含釕化合物和溶劑的質量比為1 0.1 20之間，電極材料為鈦、鉭或石墨。
3.根據權利要求1或2所述的一種氧化釕電極材料的製備方法，其特徵是是溶劑還包括乙二醇或丙酮，或水與乙二醇的混合液，或水與丙酮的混合液。
4.根據權利要求1或2所述的一種氧化釕電極材料的製備方法，其特徵是晾乾或預烘乾的塗有漿料的電極在加熱爐中熱分解溫度150 300°C，水蒸汽濃度IKPa lOOKPa，熱分解時間1 5h。
全文摘要
本發明是一種氧化釕電極材料製備方法，涉及一種超級電容器用氧化釕電極材料製備領域，通過熱分解方式在電極上獲得氧化釕的電極材料，其步驟是將含釕化合物製成漿料，然後將漿料塗覆在集電極上，預烘乾後在水蒸氣保護下進行熱分解，通過調節水蒸氣濃度和熱分解溫度即可獲得性能優異的無定形水合氧化釕電極材料。該方法工藝簡單，易於規模化生產，所製備的無定形水合氧化釕電極材料具有比容量高、內阻低和性能穩定等特點。
文檔編號H01G9/042GK102169759SQ20101059352
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月17日 優先權日2010年12月17日
發明者張選紅, 徐友龍, 王傑, 蔣春強, 蒙林斌, 馬建華 申請人:中國振華(集團)新雲電子元器件有限責任公司