[发明专利]一种高容量NiMn2

说明书

本发明公开了一种高容量NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极材料及其制备方法和应用，属于电极材料领域。所述NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极材料的制备方法为微波辅助水热制备及后续保护气条件下的热处理工艺：将预处理后的泡沫镍浸泡在由镍酸盐、锰酸盐、尿素和氟化铵配制成的水溶液中，随后置于微波辅助水热反应器中在功率为750W～1000W，温度为140℃～200℃下反应0.5h～4h；将获得的泡沫镍在保护气条件下进行400℃～650℃，保温2h～5h热处理工序，即得。本发明工艺简便，生产成本低，重现性好，制备材料可直接应用于超级电容器。

技术领域

本发明属于电极材料领域，具体涉及一种高容量NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极材料及其制备和应用。

背景技术

超级电容器作为新型环保型储能器件，以其高功率密度、快速充放电能力、长循环寿命、经济环保等优点得到广泛研究。影响超级电容器性能的因素主要取决于电极材料，目前的相关研究主要集中在简单的二元过渡金属氧化物和三元过渡金属氧化物。NiMn₂O₄是一种具有尖晶石结构的三元过渡金属氧化物，具备多重氧化还原位点，能够有效发挥元素间的协同作用，具有比容量高、工作电压范围宽、循环稳定性好等特点，有希望成为下一代最有潜力的高性能超级电容器电极材料之一。然而，目前NiMn₂O₄电极材料的相关制备方法较少，存在工序复杂，获得产物形貌较单一等问题，且获取NiMn₂O₄电极材料的途径主要通过涂布法，一方面，上述制备工序复杂，不可控因素较多；另一方面，电极材料制备时导电剂及粘结剂的加入直接引起活性物质“死体积”的存在，这些因素的存在严重制约其电化学性能。因此，如何开发一种简单、便捷的方法制备高容量NiMn₂O₄电极材料是提高其储能的重点及难点。

发明内容

为了制备具有良好微观形貌，优异晶型的尖晶石NiMn₂O₄材料，提高其电极材料的电化学性能，避免使用复杂的电极制备工艺，本发明提供了一种能够简单、快速的制备由大量纳米薄片自组装成的NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极材料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种高容量NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将泡沫镍浸泡在镍酸盐、锰酸盐、尿素和氟化铵的混合溶液中；

（2）步骤（1）中混合溶液经微波水热合成反应，反应后取出泡沫镍清洗、干燥，得到NiMn₂O₄前驱体；

（3）将步骤（2）得到的NiMn₂O₄前驱体在保护气条件下热处理，所述热处理为从室温以5 ℃/min ~ 10 ℃/min的升温速度升温至400 ℃ ~ 650 ℃，保温2 h ~ 5 h，随炉冷却至室温，即得NiMn₂O₄微米球/泡沫镍电极。

利用上述方法制得的NiMn₂O₄电极材料是直接修饰在泡沫镍基体上的，NiMn₂O₄材料的微观形貌是由大量的弱晶型纳米薄片自组装而成的微米球。NiMn₂O₄纳米薄片能够有效缩短电子和离子的传输距离，促进电极反应动力学。同时，蓬松分布的纳米片之间存在的空隙空间，可以有效地缓冲尖晶石NiMn₂O₄在充放电过程中的体积变化。自组装而成的微米球形的产物能够提升活性物质的负载质量，利于构建更高体积能量密度的超级电容器。