[发明专利]一种超级电容器电极复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于新材料领域，涉及一种主要应用于超级电容器中的碳化钼/氧化锰/碳电极复合材料及其制备方法。本发明复合材料包括碳化钼、碳，其特征是还包括氧化锰，各组分的质量比为：碳化钼:氧化锰:碳＝20～55:4～10:40～75。其制备方法是首先将钼酸铵、氯化锰和碳源分别溶于去离子水，将三种溶液混合后，再采用室温搅拌或加热搅拌或反应釜水热反应进行预处理，得到前驱体；然后将干燥好的前驱体转移到坩埚中，在保护性气氛下进行高温处理后得到目标产物碳化钼/氧化锰/碳复合材料。本发明制备的碳化钼/氧化锰/碳电极复合材料比电容高，工作电压范围大，具有很好的应用前景；提供的制备方法操作简单，成本低廉，便于批量生产。

技术领域

本发明属于新材料领域，涉及一种主要应用于超级电容器中的碳化钼/氧化锰/碳(MoC/MnO/C)电极复合材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器的循环寿命长、循环稳定性好、充放电速度快、抗干扰性强、体积紧凑。目前超级电容器电极材料主要分为三类：一是双电层电容材料，二是准电容(也称赝电容)材料，三是电池型电容材料。随着智能电网、电动汽车、消费电子、军事国防等领域的不断发展，人们对能量储存与转换装置的要求越来越高。研究开发工作电压大、比电容高的电极材料，是提高超级电容器器件储能的重要手段。

碳化钼材料的物化性能优良，它在电催化、锂离子电池、锂空气电池、燃料电池、超级电容器方面都有良好应用。钼元素具有丰富的化学价态，使得碳化钼表面容易发生快速氧化还原反应，因而表现出丰富的准电容。氧化锰是一种被广泛使用的超级电容器正极材料，虽然理论比电容很大(接近1200F g^-1)，但是它的导电性很差，且循环稳定性不好。因此在开发超级电容器电极材料时，采用合理的方法将准电容材料与碳材料复合，是提高整体的导电性，优化工作电压范围，增加能量密度，简化生产工艺的常见思路。

目前公开的对碳化钼/碳复合材料在储能方面的研究与应用，主要有以下几点。孙磊等(CN 108183203 A)采用醋酸铜、L-谷氨酸、磷钼酸、三聚氰胺等原料，合成了多级结构碳化钼/氮掺杂碳复合微球，它应用在锂离子电池电极上，有550mAh g^-1的比容量，且在第200圈循环时比容量没有发生明显的衰减。但是该方法步骤冗长，成本高，需要专门回收并处理大量的含Cu²⁺、Fe²⁺离子的废液。张治安等(CN 107464938 A)采用钼酸盐和酚醛树脂、脲醛树脂制备了具有核壳结构的碳化钼/碳复合材料，它的尺寸均匀(3～6μm)，介孔丰富，比表面积大，有利于锂空气电池比容量的提高。但是这种电极材料没有在循环寿命上取得突破。夏新辉等(CN 10624403 A)发明的碳管/碳化钼超级电容器电极材料，有着480F g^-1的比电容，且循环稳定性良好。但是其采用水热法合成泡沫镍碳纳米管复合基体，采用电沉积和煅烧法结合的方法复合碳化钼到碳纳米管上，制备工艺复杂、成本高，不利于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、成本低、便于批量生产的电容器电极复合材料和它的相应制备方法，制备的复合材料，用于超级电容器电极，具有工作电压范围大、储能性能好、循环寿命长等特性。

本发明是通过以下方式实现的：

一种超级电容器电极复合材料，包括碳化钼、碳，其特征是还包括氧化锰，各组分的质量比为：碳化钼:氧化锰:碳＝20～55:4～10:40～75。

上述一种超级电容器电极复合材料的制备方法，其特征是包括以下实施步骤：

(1)将钼酸铵、氯化锰和碳源分别溶于去离子水，将三种溶液混合后，再采用室温搅拌或加热搅拌或反应釜水热反应进行预处理，烘干，得到前驱体；碳源为葡萄糖、甘氨酸、柠檬酸钾、海藻酸钠中的一种或几种；钼酸铵、碳源、氯化锰和去离子水的质量比为1:3～7:0.3～4:50；