[发明专利]多孔碳/二元过渡金属氧化物微球材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器电极材料多孔碳/二元过渡金属氧化物纳米球材料的制备方法，属于超级电容器电极材料的制备技术领域。

背景技术

超级电容器，具有更高的比电容量，可存储的比电容量为传统电容器的十倍以上；与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本无需维护等特点，它填补了传统电容器和电池这两类储能元件之间的空白，在移动通讯，信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景。在超级电容器中，电极材料是关键因素，它决定电容器的主要性能指标，因此研究电极材料是成为提高超级电容器性能的关键。多孔碳材料作为双电层电容器电极材料表现出良好的循环稳定性，但其比电容不高。而过渡金属氧化物(氧化镍、氧化锰等)作为法拉第赝电容器电极材料具有较高的比电容，但其循环稳定性能相对较差。多孔碳/过渡金属氧化物复合材料，由于兼具两者的优点，目前受到研究者的广泛关注。“一种超级电容器电极材料碳包覆氧化镍NiO/C的制备方法”(中国发明专利，申请号：201310109686.3)将乙酸镍、尿素和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇和水中，进行水热反应，得到NiO材料，然后将NiO溶于葡萄糖溶液中，继续进行水热反应，制备得到NiO/C电极材料。二元金属氧化物相比于单一的金属氧化物，电化学性能进一步提高。这主要是因为在金属氧化物中引入了另一种金属离子，使更多的金属离子参加氧化还原反应，通过丰富的氧化还原反应而将更多的电荷存储于电极中，从而提高能量密度和功率密度；并且由于两种金属离子的相互作用，使得二元金属氧化物有更好的电导率，对电极材料的电化学性能起到很大的改善作用。“一种钴酸镍/碳纳米管复合材料的制备方法”(中国发明专利，申请号：201510411067.9)它涉及一种碳纳米管负载纳米颗粒钴酸镍的制备方法，所获得的钴酸镍/碳纳米管复合材料用于超级电容器电极时具有良好的电化学性能稳定性。但是用上述方法制备的碳与金属氧化物复合材料存在比电容低、循环稳定性差或制备方法比较复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的在于公开一种作为超级电容器的电极材料的多孔碳/二元过渡金属氧化物纳米球制备方法。此方法能形成碳包二元金属氧化物多层结构，多层结构可以减少离子扩散途径，提供很好的支撑结构和内部利用空间。其制备工艺简单，具有较高的比电容，良好的循环稳定性能等优点。

为达到上述目的，本发明将Ni(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O始终按1:2的质量分数比分散在异丙醇和甘油混合溶液中，形成粉色透明溶液后，继续加入少量的表明活性剂F127，表面活性剂可以控制球型大小和孔径分布，减小纳米球粘连程度。将金属氧化物分散在葡萄糖溶液中继续水热，葡萄糖预聚物包裹在金属氧化物外层，碳化后会在金属氧化物外层形成一层黑色不定形碳，这样得到的多孔碳/二元过渡金属氧化物微球提供了一个较大的电活性面积，而且缩短了电子扩散途径，因此可获得较高的比电容。

具体制备工艺是按如下步骤进行的：