[发明专利]超级电容器用花状二氧化锰电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用花状二氧化锰电极材料及其制备方法，属于超级电容器材料制备领域。 

背景技术

超级电容器是一种具有比容大、功率密度高、循环寿命长等特点的新型储能装置，它比电池具有更大的功率密度，且具有大电流充放电、充电时间短、充放电效率高的特性。因此，超级电容器在电动汽车、航空国防、电子通讯等领域都有着广泛的应用前景。

超级电容器材料根据储能机制可分为两类:一是利用双电层机制来储存能量的双电层材料，如活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、炭凝胶等，这种材料是依靠静电吸附电解液离子来达到储能的目的；二是利用其与电解液离子发生氧化还原反应来储能的赝电容材料，如氧化钌、氧化钒、氧化镍和二氧化锰等，由于这种材料涉及到吸附/脱附或氧化/还原反应，因此具有更高的比容量，目前对于这类材料的研究受到广泛的关注。氧化钌是其中最典型的代表，文献中报道无定形水化钌产生的赝电容比电容高达720F/g，但是由于钌的价格较贵，不适宜大规模的生产。二氧化锰由于其来源广泛、价格低廉、电化学性能好、电化学窗口宽、环境友好的特点受到研究者的关注。二氧化锰在超级电容器中的反应机理是依靠二氧化锰和水锰石之间的快速转变来储存和释放电荷，由于这一过程是高度快速可逆的，因此它能够实现大电流充放电，具有较高的功率密度。但是电极材料内部的活性

物质由于传质较慢而无法在短时间内完成这一转变，因此在大电流工作时，电极容量会有一定损失。这要求超级电容器用二氧化锰材料具有较大的比表面积，同时具有较小的粒径的纳米结构。

目前，传统的化学和物理方法制备的二氧化锰通常反应时间较长，工艺复杂，形貌不易控制，无法满足超级电容器的要求，因此探索一种新型的制备方法很有必要。相对比于传统的化学和物理制备方法，本发明采用水热法可以更快速的制备晶型、粒径可控的纳米级二氧化锰材料，制备的材料具有较大的比表面积，是一种优良的超级电容器电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超级电容器用花状二氧化锰电极材料及其制备方法，其通过采用水热法快速制备了晶型、粒径可控的花状二氧化锰，制备的二氧化锰具有花状结构，比表面积较大，二氧化锰在超级电容器中的利用率得到提高。

本发明的技术方案是这样实现的：一种超级电容器用花状二氧化锰电极材料及其制备方法，其特征在于其制备方法：将高锰酸钾和二价锰盐分别溶于去离子水中；在强搅拌的条件下搅拌10~30min，将二价锰盐溶液加入到高锰酸钾溶液中，二价锰盐与高锰酸钾的摩尔比为1:0.1~10；；将混合液转移到水热反应釜中，填充率为50~95%，水热反应温度为100~160℃，水热反应时间为2~3小时，得到棕黑色沉淀；经去离子水洗涤至滤液无色，将滤饼干燥，干燥温度为40~160℃，干燥时间为1~48h，最后即可得到花状二氧化锰。

所述的二价锰盐包括：硫酸锰、醋酸锰、硝酸锰、氯化锰。

本发明的积极效果是通过采用水热法快速制备了晶型、粒径可控的花状二氧化锰，方法简单，成本低，效率高，所制备的花状二氧化锰材料活性和比容量较高，电容性能好，稳定性高，是一种优良的超级电容器电极材料。

附图说明

图1是本发明制备的花状二氧化锰扫描电镜（SEM）图片。

图2是本发明制备的花状二氧化锰单电极的循环伏安曲线。

图3是本发明制备的花状二氧化锰单电极的充放电曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1 

称取高锰酸钾1.5g和水合硫酸锰0.5g，然后分别溶于去离子水中得到溶液15ml和5ml；在强搅拌的条件下，将硫酸锰溶液滴加至高锰酸钾溶液中，5min滴加完成；将混合液转移到水热反应釜中，至填充率80%，120℃下水热反应2h得到棕黑色沉淀；去离子水洗涤、80℃条件下干燥12h即可得到纳米级二氧化锰。

实施例2 

称取高锰酸钾0.5g和水合硫酸锰0.5g，然后分别溶于去离子水中得到溶液15ml和5ml；在强搅拌的条件下，将硫酸锰溶液滴加至高锰酸钾溶液中，10min滴加完成；将混合液转移到水热反应釜中，至填充率90%，100℃下水热反应3h得到棕黑色沉淀；去离子水洗涤、80℃条件下干燥24h即可得到纳米级二氧化锰。

实施例3