[发明专利]用于超级电容器的二氧化锰复合材料电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于超级电容器的二氧化锰复合材料电极的制备方法是利用一步水热法在泡沫镍上直接沉积δ型二氧化锰，之后再利用电沉积技术将改性层石墨烯量子点、碳量子点或者PbO₂沉积在二氧化锰的表面制得复合材料电极，所制备的电极具有良好的电化学性能，且操作简单、条件易控制。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器电极材料的制备方法，具体是一种用于超级电容器的二氧化锰复合材料电极的制备方法。

背景技术

超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor），又叫电化学电容器(Electrochemical Capacitor, EC)、黄金电容、法拉第电容；包括双电层电容器(Electrostatic double-layer capacitor)和赝电容器（Electrochemicalpseudocapacitor）,通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个电容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。

超级电容器作为一种新型的储能器件，介于二次电池与传统电容器之间，具有功率密度高、循环寿命长、快速充放电等优点，在交通领域、工业领域、新能源领域以及日常电子产品等方面均有着广泛的应用。通常，超级电容器的电极是决定其性能最主要的因素，包括电极的制备方法、电极材料的选择等。二氧化锰是一种廉价易得且性能良好的新型超级电容器电极材料，理论比电容达1370 F/g，远远高于工业化的碳类材料，但是较差的导电性与可逆性也制约了二氧化锰电极材料的实际应用，MnO₂的合成方法有水热法、溶胶凝胶法、低温固相法、模板法、液相沉淀法和电沉积法。不同方法制备出的MnO₂在晶格结构、表面形貌和比表面积等方面均有差别，造成电化学性能也有较大的差异。目前，主要的研究均集中于提高二氧化锰材料电极的导电性与循环稳定性以满足实际应用。

提高二氧化锰电极的导电性通常有两种方式，一种是选择导电性良好的基体做集流器，然后使二氧化锰与导电基体结合，目前大多的结合方式都是先将二氧化锰制成粉末，然后与导电剂粘结剂混合后压片到集流器上，Zhao等通过两步水热法合成了 C-MnO₂核壳纳米结构粉末，通过压制法与导电基体结合，在1 mol·L^-1 的Na₂SO₄电解质中，当扫速为2mV·s^-1时，比电容达252 F·g^-1（Zhao Y., Meng Y. N., Jiang P., et al. Carbon@MnO₂coreeshell nanospheres for flexible high-performance supercapacitor electrodematerials[J]. Journal of Power Sources, 2014, 259 (4): 219-226.），这种方式操作过程不仅繁琐、而且增加了很多无效电容；另一种提高电极导电性的方法是通过掺杂复合等技术提高二氧化锰材料的导电性，例如，将Ni²⁺、Fe³⁺、Sn⁴⁺、Cu²⁺等金属离子以特殊的方式掺入二氧化锰，可以提高二氧化锰材料的导电性，从而提高其性能，公开号为CN 104492426A公开了“一种改性二氧化锰催化剂及改性二氧化锰催化剂电极和制备方法”，该发明通过浸渍法制得的由同时掺杂有氟离子和金属离子的改性纳米二氧化锰催化剂，并将其负载在同时具有金红石晶体结构和氧缺位结构的金属氧化物载体上，该发明是通过热喷涂或者冷喷涂的方式将改性二氧化锰涂覆到导电基体上的，这种方法制备电极材料的过程繁琐，并且活性物质易发生脱落，电极稳定性较差。