[发明专利]具有多孔结构的钴酸镧亚微米球电极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极材料及其制备技术，具体的说是涉及一种新颖的用于超级电容电极材料的具有多孔结构的钴酸镧(LaCoO₃)亚微米球电极材料制备方法。

背景技术

随着人们对能源需求不断攀升以及便携式电子设备的不断发展，目前的能源存储设备如锂离子电池，氢燃料电池已经很难满足人们的要求；而进一步由于环境污染及石油危机引起的化石能源日益枯竭和电动汽车应用的广泛前景必然要求人们研发新一代的能源转化及存储装置。超级电容器由于具有高的功率密度，优良的循环寿命及大电流充放电等优点近些年成为能源领域的研究热点。

超级电容器主要分为两大类：一类以碳基材料为主，通过在电极材料表面形成双电层存储电荷，另一类以过渡金属氧化物为主，通过电极上的活性物质发生快速氧化还原反应进行电荷的存储和释放。其中以碳基材料制备的超级电容器由于其大的比表面积，不同种类的孔结构更有利于电解质溶液中离子的扩散及吸附，同以过渡金属氧化物制备出的超级电容器相比具有更高的充放电电流密度。由于碳基材料主要依靠阴阳离子在材料表面的吸脱附进行电荷存储及释放所以在充放电的过程中结构稳定性非常好，相比于过渡金属氧化物制备出的超级电容器具有更好的循环寿命。但是与碳基材料相比过渡金属氧化物具有更高的比容量和能量密度.由此可见，开发具有稳定结构，比表面积大的新型金属氧化物作为超级电容器电极材料成为超级电容器研究的重要方向。

钙钛矿型金属氧化物作为一种新型的超级电容器电极材料逐渐受到人们的关注。2014年J.Tyler Mefford等人通过对LaMnO₃进行氧空位调节系统研究了其超级电容器电荷存储机理。2015年Yi Cao等人通过静电纺丝法制备出了Sr掺杂的LaNiO₃和LaCoO₃并将其用于超级电容器电极材料。虽然钙钛金属氧化物已经应用于超级电容器电极材料，但其制备过程及方法比较复杂，因此探索简单的钙钛矿材料的制备方法在超级电容器电极材料方面具有重要意义。

发明内容

鉴于以上内容，本发明通过合成具有多孔结构的LaCoO₃亚微米球电极材料制备方法，并将这种材料制备成超级电容器电极。此方法简单易行，并且能够大量制备，合成出的LaCoO₃多孔结构亚微米球用于超级电容器电极材料能够达到较高的比容量且循环性能优异。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

我们首次合成了具有多孔结构的LaCoO₃亚微米级微球作为电极材料，通过SEM，TEM表征能够发现合成的材料具有高度的均一性及多孔结构，其大小大概在700-800nm左右，其原料组分及摩尔比为La(NO₃)₃·6H₂O:Co(NO₃)₂·6H₂O＝1:1-0.8。

本发明具有多孔结构的LaCoO₃亚微米球电极材料制备方法，步骤如下：

(1)将La(NO₃)₃·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O按照1：1-0.8摩尔比溶解在异丙醇中并搅拌使其形成透明溶液；向溶液中加入甘油，使甘油与异丙醇的体积比为1:4，之后加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌使其成为均相悬浊液；悬浊液装入反应釜在烘箱中180℃反应；反应好的的溶液离心并且用乙醇离心洗涤，之后放入70～100℃烘箱干燥；

(2)将步骤(1)中得到的反应产物放入管式炉中空气中升温热处理，热处理温度为550-650℃；得到多孔结构的LaCoO₃亚微米球；

(3)将步骤(2)中的多孔结构的LaCoO₃亚微米球用赶片法制作成电极。

所述步骤(1)聚乙烯吡咯烷酮加入量优选为(2.5-5)mg/ml。

所述步骤(1)悬浊液装入反应釜在烘箱中180℃优选反应6—18小时。

所述步骤(1)70～100℃烘箱干燥优选不少于12小时。

所述步骤(2)升温热处理升温速率优选为1-5℃每分钟。

所述步骤(2)热处理时间优选为2-6小时。