[发明专利]二氧化锰的制备方法以及电极及其制备方法和超级电容器

说明书

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种二氧化锰的制备方法以及电极及其制备方法和超级电容器。该二氧化锰的制备方法包括：在水存在下，将高锰酸盐、铵盐和无机酸进行混合得到混合液，然后，将所述混合液进行水热反应，其中，所述混合液的pH值为2‑7。采用此方法制备二氧化锰流程简单、可控性好，且制备的二氧化锰为δ‑MnO₂，其XRD特征衍射峰高且半峰宽小，具有良好的结晶性，表面形貌为由纳米片组成的纳米结构材料，结构规则。利用该二氧化锰进一步制备电极和超级电容器时，制得的超级电容器自放电速率低。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种二氧化锰的制备方法以及电极及其制备方法和超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种新型的电化学储能器件，与电介质电容器相比具有更高的能量密度，与二次电池相比具有更高的功率密度。超级电容器可以在短时间内完成充放电过程，且循环寿命可达十万次以上。同时还具有工作温度范围广、对环境友好、维护成本低的优点，因此可以在条件苛刻、需要高功率和需要快速存储能量的应用场合发挥显著的优势。

根据存储机理，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容电容器。双电层电容器只通过溶液离子的吸脱附实现双电层的形成与消散，从而完成能量的存储和释放过程。而赝电容材料不仅涉及电荷的吸附和脱附，还涉及氧化还原的法拉第反应，因此，赝电容材料的比容量通常比双电层电容材料高很多。二氧化锰作为一种重要的赝电容电极材料，由于其理论容量高(1370F/g)、化学稳定性好、成本低、毒性小，受到研究人员的广泛关注和研究。

目前，超级电容器在实际应用中存在的一个关键问题是自放电问题，即超级电容器在开路放置的状态下发生电荷消散、电极间电压下降，进而造成能量损失。在储能过程中，由于自放电的存在，致使超级电容器不能长效储能，同时还可能影响系统的可靠性。因此，减缓自放电是超级电容器领域亟待解决的技术难题。

发明专利CN108231432A公开了一种改善超级电容器自放电的方法，其中，为了降低超级电容器的自放电率，在活性炭电极表面沉积一层金属氧化物作为阻隔层，从而减小漏电流。但该方法损失了大量活性面积，导致比容量降低，同时牺牲了超级电容器的倍率性能。

有文献(Fic K,Lota G,Frackowiak E.Electrochemical properties ofsupercapacitors operating in aqueous electrolyte with surfactants[J].Electrochimica Acta,2010,55(25):7484-7488)指出，在电解液中加入添加剂可抑制自放电。但添加剂一般为降低电解液离子导电率的组分，超级电容器的功率密度会有一定损失，结果往往是得不偿失的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的超级电容器自放电速率过高的问题，提供一种二氧化锰的制备方法以及由该二氧化锰制备的电极和超级电容器。采用此方法制备二氧化锰流程简单、可控性好。利用该二氧化锰进一步制备电极和超级电容器时，制得的超级电容器自放电速率低。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种二氧化锰的制备方法，该方法包括：在水存在下，将高锰酸盐、铵盐和无机酸进行混合得到混合液，然后，将所述混合液进行水热反应，其中，所述混合液的pH值为2-7。

优选地，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠和高锰酸锂中的一种或多种。

优选地，所述高锰酸盐在混合液中的浓度为20-70mmol/L。

更优选地，所述高锰酸盐在混合液中的浓度为30-70mmol/L。

进一步优选地，所述高锰酸盐在混合液中的浓度为40-60mmol/L。

优选地，所述铵盐为氯化铵、硫酸铵和硝酸铵中的一种或多种。