一种基于三维材料的电极片及其制备方法

1.本发明涉及电子信息技术领域，涉及超级电容器电极制造技术领域，具体涉及一种主要用于新能源储能、功率存储、混合能源转化等应用方向的基于三维材料的电极片及其制备方法。


背景技术：

2.经济发展离不开能源，一切工业产品都是以能源为基石的。过去，化石能源如石油、天然气、煤等都是不可再生资源且在使用过程中会排出相当的有害物质。
3.清洁能源的利用方面存在最大的技术壁垒是在能量转化、存储与再利用方面。而在能量存储方面，过去主流使用的蓄电池、电解电容等使用化学能或进行化学反应从而储能的储能装置皆存在固有的缺陷，如充放电循环稳定性低、腐蚀性强污染环境、储能密度低等等。而以超级电容器为主的一类储能器在清洁能源能量存储方面起着举足轻重的作用。超级电容器是一种双电层电容，由于其具有寿命长、循环充放电稳定性好、低esr、低腐蚀性、高输出功率等优点，被广泛用于电子、通信、新能源等各个领域。
4.目前，超级电容器的电极多是使用二维复合浆料制备得到，而二维复合浆料的带来的比容量较低，由于各行业科技飞速发展，导致基于二维复合浆料制备的超级电容器电极逐渐无法满足各个应用领域对于更大储能容量的需求。因此，基于拥有更大比容量的三维结构复合浆料的新型超级电容器具有广阔的发展前景。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的是提出的一种基于三维材料的电极片。
6.本发明的第二目的是提出的一种基于三维材料的电极片的制备方法。
7.本发明的第三目的是提出的一种基于三维材料的电极片，主要应用于增大以超级电容器为主的储能器件的储能性能。
8.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于三维材料的电极片，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成。
9.进一步的，为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的一种基于三维材料的电极片的基底材料为铝箔或泡沫镍片中的一种。
10.进一步的，为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的一种基于三维材料的电极片的基底铝箔ω(al)≥99.9％，厚度为50μm。
11.进一步的，为实现上述目的，所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法包含以下步骤：
12.s1、水热法制备al-mno2三维复合电极材料：
13.取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当
中，磁性搅拌配制成1mol/l的硝酸铝溶液；
14.将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温2h～6h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为500v～700v，脉冲频率为2hz～5hz，处理时间为70s～110s；
15.保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰-硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温7h～9h，保温温度为140℃～180℃；
16.保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置10h～14h；
17.静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维al-mno2复合粉体。
18.s2、制备复合电极浆料：
19.准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮以及三维al-mno2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为100℃～150℃，预干燥时间为3h～5h。
20.将n-甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为3h～5h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维al-mno2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为6h～8h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为6h～8h。完成后得到复合电极浆料。
21.上述三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为50％～70％、10％～15％、5％～10％、5％～10％、5％～10％，n-甲基吡咯烷酮用量为4ml～6ml。
22.s3、制备三维复合材料电极片：
23.将所述铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应10min～30min，所述氢氧化钠溶液质量分数为10％wt～15％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间0.5h～1.5h，干燥温度为30℃～40℃。完成后得到所述电极片基底备用。
24.将步骤s2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为40℃～60℃，处理时间为1h～3h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为150℃～200℃，烧结时间为1h～3h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为3mpa～6mpa，压制时间为5min～10min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。
25.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s1中的水浴保温时间为3h～5h，脉冲电压为550v～650v，脉冲频率为3hz～4hz，脉冲处理时间为80s～100s。
26.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s1中的水浴保温时间为4h，脉冲电压为600v，脉冲频率为3hz，脉冲处理时间为90s。
27.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为7.5h～8.5h，保温温度为150℃～170℃，冷却至室温后
静置时间为11h～13h。
28.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为8h，保温温度为160℃，冷却至室温后静置时间为12h。
29.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s2中材料预干燥处理温度为110℃～140℃，预干燥处理时间为3.5h～4.5h。
30.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s2中材料预干燥处理温度为120℃，预干燥处理时间为4h。
31.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s2中n-甲基吡咯烷酮搅拌时间为3.5h～4.5h，三维al-mno2复合粉体等材料搅拌时间为6.5h～7.5h，加入乙炔黑后搅拌时间为6.5h～7.5h。
32.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s2中n-甲基吡咯烷酮搅拌时间为4h，三维al-mno2复合粉体等材料搅拌时间为7h，加入乙炔黑后搅拌时间为7h。
33.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s2中三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为65％、15％、10％、5％、5％，n-甲基吡咯烷酮用量为5ml。
34.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中铝箔置于氢氧化钠溶液中反应时间为15min～25min，氢氧化钠溶液的质量分数为12％wt。
35.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中铝箔置于氢氧化钠溶液中反应时间为20min。
36.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中铝箔真空干燥时间为1h，干燥温度为35℃。
37.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中使用复合电极浆料涂覆后的铝箔真空热处理时间为1.5h～2.5h，处理温度为45℃～55℃。箱式炉烧结温度为160℃～190℃，烧结时间为1.5h～2.5h。
38.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中使用复合电极浆料涂覆后的铝箔真空热处理时间为2h，处理温度为50℃。箱式炉烧结温度为180℃，烧结时间为2h。
39.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中压片机压片压强为4mpa～5mpa，压制时间为6min～9min。
40.进一步的，为实现上述目的：一种基于三维材料的电极片制备步骤s3中压片机压片压强为4.5mpa，压制时间为8min。
41.本发明具有以下有益效果：
42.1、本发明所得的al-mno2复合材料在微观上是一种三维空间结构，基于此制备的电极片具有更大的比容量；
43.2、基于本发明电极片所制备的超级电容器具有低腐蚀性、循环充电稳定性强、储能密度大等优点；
44.3、本发明具有工艺制造简单、降本增效、易于产业推广等优点。
附图说明
45.图1为本发明实施例1的三维al-mno2复合粉体的sem图。
46.图2为本发明实施例1的实物样品照片。
具体实施方式
47.具体实施例1：
48.一种基于三维材料的电极片，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成。
49.所述的一种基于三维材料的电极片的基底材料为铝箔。所述基底铝箔ω(al)≥99.9％，厚度为50μm。
50.所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法包含以下步骤：
51.s1、水热法制备al-mno2三维复合电极材料：
52.取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当中，磁性搅拌配制成1mol/l的硝酸铝溶液；
53.将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温4h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为600v，脉冲频率为3hz，处理时间为90s；
54.保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰-硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温8h，保温温度为160℃；
55.保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置12h；
56.静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维al-mno2复合粉体。
57.s2、制备复合电极浆料：
58.准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮以及三维al-mno2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为120℃，预干燥时间为4h。
59.将n-甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为4h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维al-mno2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为7h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为7h。完成后得到复合电极浆料。
60.上述三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为65％、15％、10％、5％、5％，n-甲基吡咯烷酮用量为5ml。
61.s3、制备三维复合材料电极片：
62.将所述铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应20min，所述氢氧化钠溶液质量分数为12％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间1h，干燥温度为35℃。完成后得到所述电极片基底备用。
63.将步骤s2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为50℃，处理时间为2h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为180℃，烧结时间为2h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为4.5mpa，压制时间为8min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。
64.具体实施例2：
65.一种基于三维材料的电极片，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成。
66.所述的一种基于三维材料的电极片的基底材料为铝箔。所述基底铝箔ω(al)≥99.9％，厚度为50μm。
67.所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法包含以下步骤：
68.s1、水热法制备al-mno2三维复合电极材料：
69.取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当中，磁性搅拌配制成1mol/l的硝酸铝溶液；
70.将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温3h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为500v，脉冲频率为4hz，处理时间为100s；
71.保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰-硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温7h～9h，保温温度为140℃；
72.保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置10h；
73.静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维al-mno2复合粉体。
74.s2、制备复合电极浆料：
75.准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮以及三维al-mno2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为100℃，预干燥时间为3h。
76.将n-甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为3h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维al-mno2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为6h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为6h。完成后得到复合电极浆料。
77.上述三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为55％、15％、10％、10％、10％，n-甲基吡咯烷酮用量为4ml～6ml。
78.s3、制备三维复合材料电极片：
79.将所述铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应15min，所述氢氧化钠溶液质量分数为10％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间1.5h，干燥温度为30℃。完成后得到所述电极片基底备用。
80.将步骤s2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为40℃，处理时间为3h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为150℃，烧结时间为3h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为3mpa，压制时间为10min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。
81.具体实施例3：
82.一种基于三维材料的电极片，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成。
83.所述的一种基于三维材料的电极片的基底材料为铝箔。所述基底铝箔ω(al)≥99.9％，厚度为50μm。
84.所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法包含以下步骤：
85.s1、水热法制备al-mno2三维复合电极材料：
86.取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当中，磁性搅拌配制成1mol/l的硝酸铝溶液；
87.将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温5h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为700v，脉冲频率为5hz，处理时间为70s；
88.保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰-硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温9h，保温温度为180℃；
89.保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置14h；
90.静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维al-mno2复合粉体。
91.s2、制备复合电极浆料：
92.准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮以及三维al-mno2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为140℃，预干燥时间为5h。
93.将n-甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为5h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维al-mno2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为8h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为8h。完成后得到复合电极浆料。
94.上述三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为60％、15％、10％、10％、5％，n-甲基吡咯烷酮用量为6ml。
95.s3、制备三维复合材料电极片：
96.将所述铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应25min，所述氢氧化钠溶液质量分数为15％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间0.5h，干燥温度为40℃。完成后得到所述电极片基底备用。
97.将步骤s2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为60℃，处理时间为1h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为200℃，烧结时间为1h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为6mpa，压制时间为10min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。
98.对比例为本实验室前期制备二维碳浆材料电极片。
99.综合上述具体实施例，一种基于三维材料的电极片性能对比如下：
100.表1基于三维材料的电极片实施例对比
[0101][0102][0103]
上述制备的实施例1～实施例3最高比容量达到了5359mf/cm2，最低的实施例2，其比容量也有5141mf/cm2，大大地提升了超级电容器的储能性能，比容量的提升是基于三维材料的电极片的主要优势。
[0104]
使用该实施例的其他优势在于：
[0105]
1、基于本发明电极片所制备的超级电容器具有低腐蚀性、循环充电稳定性强、储能密度大等优点；
[0106]
2、本发明具有工艺制造简单、降本增效、易于产业推广等优点。
[0107]
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

技术特征：
1.一种基于三维材料的电极片，其特征在于，所述电极片是由基底、三维电极浆料构成；所述电极片基底材料为铝箔或泡沫镍片中的一种。所述基底铝箔ω(al)≥99.9％，厚度为50μm。2.根据权利要求1所述的一种基于三维材料的电极片，其特征在于，所述电极片的制备方法包含以下步骤：s1、水热法制备al-mno2三维复合电极材料：取高锰酸钾(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.7％wt的高锰酸钾溶液。取硫酸锰(分析纯)缓慢加入到去离子水当中，加入时缓慢搅拌，配制成质量分数为1.2％wt的硫酸锰溶液。取适当硝酸铝(分析纯)加入到去离子水当中，磁性搅拌配制成1mol/l的硝酸铝溶液；将上述配置得到的溶液90℃的水浴中保温2h～6h。保温过程即将结束时对溶液施加辅助脉冲电磁场处理，脉冲电压为500v～700v，脉冲频率为2hz～5hz，处理时间为70s～110s；保温结束后，将硫酸锰溶液和硝酸铝溶液缓慢混合，完成后将高锰酸钾溶液缓慢滴加到硫酸锰-硝酸铝的混合溶液当中并搅拌，滴加完成后继续搅拌1h。接着将混合溶液放入到保温箱当中保温7h～9h，保温温度为140℃～180℃；保温箱保温完成后取出冷却至室温，同时静置10h～14h；静置完成后将混合溶液过滤并使用去离子水清洗5次，清洗完成后将水分过滤，最后将过滤物置于真空干燥箱当中烘干，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，干燥结束后研磨得到三维al-mno2复合粉体。s2、制备复合电极浆料：准备活性炭、导电石墨粉、乙炔黑、聚四氟乙烯、n-甲基吡咯烷酮以及三维al-mno2复合粉体。首先将活性炭、导电石墨粉、乙炔黑放入真空干燥箱中预干燥处理，预干燥温度为100℃～150℃，预干燥时间为3h～5h。将n-甲基吡咯烷酮加入到聚四氟乙烯当中搅拌溶解，搅拌时长为3h～5h，搅拌温度为室温。完成后缓慢加入导电石墨粉、干燥活性炭、三维al-mno2复合粉体并继续搅拌，搅拌温度为室温，搅拌时间为6h～8h。完成后向混合物中加入干燥乙炔黑并继续搅拌，搅拌时间为6h～8h。完成后得到复合电极浆料。上述三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为50％～70％、10％～15％、5％～10％、5％～10％、5％～10％，n-甲基吡咯烷酮用量为4ml～6ml。s3、制备三维复合材料电极片：将铝箔置于氢氧化钠溶液当中，在室温下反应10min～30min，所述氢氧化钠溶液质量分数为10％wt～15％wt，完成后用去离子水冲洗铝箔至中性，接着依次使用无水乙醇、丙酮冲洗，完成后将铝箔置于真空干燥箱中真空干燥，干燥时间0.5h～1.5h，干燥温度为30℃～40℃。完成后得到所述电极片基底备用。将步骤s2所制备得到的复合电极浆料均匀地涂覆在上述制得的电极片基底的表面，涂覆完成后，将所得物置于真空管式炉中真空热处理，处理温度为40℃～60℃，处理时间为1h～3h。处理完成后将所得物置于箱式炉中烧结，烧结温度为150℃～200℃，烧结时间为1h～
3h。最后使用压片机对上述所得物进行压片处理，压强为3mpa～6mpa，压制时间为5min～10min，压片完成后得到所述一种基于三维材料的电极片。3.根据权利要求2所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s1中的水浴保温时间为3h～5h，脉冲电压为550v～650v，脉冲频率为3hz～4hz，脉冲处理时间为80s～100s；步骤s1中的水浴保温时间为4h，脉冲电压为600v，脉冲频率为3hz，脉冲处理时间为90s。步骤s1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为7.5h～8.5h，保温温度为150℃～170℃，冷却至室温后静置时间为11h～13h。步骤s1中硫酸锰、硝酸铝、高锰酸钾混合溶液保温时间为8h，保温温度为160℃，冷却至室温后静置时间为12h。4.根据权利要求2所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s2中材料预干燥处理温度为110℃～140℃，预干燥处理时间为3.5h～4.5h。步骤s2中材料预干燥处理温度为120℃，预干燥处理时间为4h。步骤s2中n-甲基吡咯烷酮搅拌时间为3.5h～4.5h，三维al-mno2复合粉体等材料搅拌时间为6.5h～7.5h，加入乙炔黑后搅拌时间为6.5h～7.5h。步骤s2中n-甲基吡咯烷酮搅拌时间为4h，三维al-mno2复合粉体等材料搅拌时间为7h，加入乙炔黑后搅拌时间为7h。步骤s2中三维al-mno2复合粉体、干燥活性炭、乙炔黑、导电石墨粉、聚四氟乙烯的质量分数分别为65％、15％、10％、5％、5％，n-甲基吡咯烷酮用量为5ml。5.根据权利要求2所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s3中铝箔置于氢氧化钠溶液中反应时间为15min～25min，氢氧化钠溶液的质量分数为12％wt。步骤s3中铝箔置于氢氧化钠溶液中反应时间为20min。步骤s3中铝箔真空干燥时间为1h，干燥温度为35℃。步骤s3中使用复合电极浆料涂覆后的铝箔真空热处理时间为1.5h～2.5h，处理温度为45℃～55℃。箱式炉烧结温度为160℃～190℃，烧结时间为1.5h～2.5h。6.根据权利要求5所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s3中使用复合电极浆料涂覆后的铝箔真空热处理时间为2h，处理温度为50℃。箱式炉烧结温度为180℃，烧结时间为2h。7.根据权利要求5所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s3中压片机压片压强为4mpa～5mpa，压制时间为6min～9min。8.根据权利要求5所述的一种基于三维材料的电极片的制备方法，其特征在于：步骤s3中压片机压片压强为4.5mpa，压制时间为8min。

技术总结
本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种主要用于新能源储能、功率存储、混合能源转化等应用方向的基于三维材料的电极片及其制备方法。本发明所涉及的一种基于三维材料的电极片，其电极材料通过对水热法的溶液进行脉冲电磁场处理从而制备得到，在微观上具有创新性的Al-MnO2三维结构。这种三维结构的电极材料使得电极片的比容量大大提高，同时使得基于此的超级电容器有更好地充放电比容量稳定性且内阻更小功耗更低更适用于大功率应用场景。内阻更小功耗更低更适用于大功率应用场景。


技术研发人员：卢云 李小龙 刘冰洁
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2023/8/24