[发明专利]一种具有赝电容特性的超级电容器负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电极材料技术领域，特别是一种具有赝电容特性的超级电容器负极材料，同时还公开了该种材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种比传统电容器能量密度高、比二次电池功率密度大的新型储能器件。其具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、工作温度范围宽、安全性高等优点，如今，超级电容器已经在电动汽车、武器装备、航空航天以及电力储能等领域应用广泛。

超级电容器的比能量等于1/2CV²，其中C为正负极电极材料总的比电容，V为正、负极体系工作电压范围，只有正、负极电极材料均具有较高的比电容，且工作电压范围较大时才能获得高比能量。近几年来，越来越多的高比电容材料已经用于超级电容器的电极材料，例如NiO 干凝胶、NiO/CNTA和PANI/CNTA 等材料的比电容均高于700 F/g，但这些氧化物材料工作电位均在 0 V以上，仅适合作正极。与多种高比电容的正极材料被陆续制备成功的情况相反，目前缺少高比电容的负极材料。比电容最高的负极材料为活性炭，但其比电容最高仅为400 F/g，远低于高性能的正极材料的比电容，且活性炭密度低，致使电极体积比容量较低，严重制约了超级电容器比能量的提高。

与金属氧化物相比，过渡金属氮化物具有独特的性能，例如机械强度大、熔点高、高选择催化性、良好的电子电导率等。近几年来，氮化钒作为超级电容器负极材料已经被研究和报道。其良好的电子电导率和金属钒丰富的氧化物价态(II-V)为其作为超级电容器电极材料发生快速的充放电和氧化-还原反应提供了有利条件。Choi采用低温两步氨化法制备了纳米晶体氮化钒，结果显示该材料作为超级电容器负极材料具有良好的电化学性能和优秀的倍率性能(Advance Materials 18 (2006) 1178-1182)。但是其制备过程复杂，实验条件要求苛刻，很难实现产业化。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种在碱性电解液中具有法拉第赝电容特性，能够代替传统的活性炭材料的负极材料，同时还提出了该种负极材料的制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种具有赝电容特性的超级电容器负极材料，其特征在于：所述的材料按照以下方法制得：以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，以偏钒酸铵为钒源，通过热喷雾干燥和高温焙烧制备得到球形多孔氧化钒，然后通过高温氨解还原制备得到球形多孔氮化钒，所述的多孔氮化钒即为负极材料。

一种如上所述的具有赝电容特性的超级电容器负极材料的制备方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤依次进行：

a.首先将十六烷基三甲基溴化铵溶于无水乙醇中，搅拌使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解后向无水乙醇中加入一定量的去离子水，混合均匀；所述的十六烷基三甲基溴化铵的摩尔质量与无水乙醇的体积比为1:10至1:120，而所述的无水乙醇与去离子水的体积比为1:2至5:1，

b.向a步骤的溶液中加入一定量的草酸，搅拌使草酸完全溶解，然后加入偏钒酸铵，持续搅拌1-8h，直至溶液颜色变为黄色，所述偏钒酸铵与a步骤中十六烷基三甲基溴化铵的摩尔质量比为10:1至1:1，而所述草酸与偏钒酸铵的摩尔质量比为1：1至5：1，

c.利用喷雾干燥器对b步骤中得到的溶液进行干燥处理，获得固态物，

d.将c步骤中得到的固态物放入管式炉中，在空气中进行高温焙烧处理，得到球形多孔氧化钒前驱体，

e.将d步骤中获得的球形多孔氧化钒前驱体放入管式炉中，并向管式炉中通入NH₃，让二者进行高温氨解还原反应，反应结束后降温至室温，得到球形多孔氮化钒。

所述的c步骤中，喷雾干燥器为LD-117实验型喷雾干燥器。

所述的c步骤中，干燥处理的温度为100-180℃。

所述的d步骤中，高温焙烧的温度为250-500℃，高温焙烧的时间为0.5-3h。

所述的e步骤中，所述高温氨解还原反应的温度为400-900℃，反应时间为2-14h。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：