[發明專利]一種電極材料摻雜改性的方法

無效

• 申請號: 201210526688.8
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103151171A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 葉志國;劉華英;彭新元;董應虎;鄒愛華;崔霞;陳慶軍;李多生
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種摻雜改性的方法，尤其涉及一種電極材料摻雜改性的方法。

背景技術

超級電容器（Supercapacitors）也稱電化學電容器(Electrochemical?Capacitor?,ECs)，是近年來廣為關注的新型儲能元件。它是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能器件，有比普通電容器功率密度大比普通電池能量密度高的特點，因其存儲能量大，質量輕，可多次充放電，近年來受到科學研究人員的廣泛重視。隨著環保型電動汽車研究的興起和發展，超級電容器與各類動力電池配合使用組成復合電池，應用于電動汽車的電源啟動系統，在車輛的起步、加速、制動過程中起到保護蓄電池和節能的作用，或者直接作為電動車的電源。其在計算機、通訊設備、備用電源等領域已有著比較廣泛的應用。RuO₂等貴金屬氧化物為電極材料的超級電容器在軍事方面有著廣泛的應用，但價格昂貴和毒性限制了它的商品化。研究發現鈷、錳、鎳等過渡金屬氧化物具有與RuO₂相似的性質，很可能代替RuO₂成為更適應商品化的超級電容器電極的材料。

二氧化錳由于具有資源豐富、價格低廉、對環境友好、高能量儲存能力等特點，成為了近年來的研究熱點之一。但由于MnO₂本身性質的制約，其導電性、充放電可逆性能較差，使得MnO₂所制的電極性能也受到影響。通過摻雜不同的金屬元素來對二氧化錳進行改性，使其電極的可充性改善、能量密度較高、工作電壓穩定，提高電極的充放電性能。研究表明Mo、W、Cu、Co、V、Sn、Bi、Cr等元素的摻入能夠明顯改善二氧化錳的電化學性能。傳統的改性方法都是通過化學和電化學方法來進行的，通過進一步的研究證實，采用物理改性的方法來進行摻雜也是切實可行的。本發明采用了的工業上常見的機械球磨法對二氧化錳進行摻雜改性，所得二氧化錳具有優越的穩定性，高的比容量，操作簡單方便，易產業化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電極材料摻雜改性的方法，該超級電容器具有優越的穩定性、高比容量、較好導電性能且生產成本低、制備工藝簡單，一種超級電容器用元素摻雜二氧化錳電極材料該電極材料的通式為Mn_1-xM_xO_2-y，M代表Mo、W、Cu、Co、V、Sn、Bi或Cr。

本發明是這樣來實現的，方法步驟為：

（1）將W、Cu、Co、V、Sn、Bi或Cr粉按照同二氧化錳中Mn的原子比0.01：0.9-0.10：0.90混合后放入高能球磨罐，球磨介質選用直徑不同的瑪瑙球，球料比為10：1-20：1，球磨過程中加入乙醇防止結塊，混合物與乙醇體積比例為1：1-1：3，球磨轉速100-250轉/分，球磨時間控制在10-48小時；

（2）待球磨罐冷卻至室溫后將產物取出，在干燥箱中恒溫50-80℃干燥48小時；?

（3）對干燥后的粉末進行10-24h的低溫熱處理，低溫熱處理的溫度為200～300℃，既得到制備的改性二氧化錳Mn_1-XM_XO_2-y，其中0＜x≤0.1，y≤2，M代表W、Cu、Co、V、Sn、Bi或Cr粉。

所述的二氧化錳為陽極電沉積法所得純度大于99.7%的二氧化錳。

元素摻雜二氧化錳電極材料，在電解液為中性的溶液中使用，電解液為Na₂SO₄、K₂SO₄、Li₂SO₄等溶液。

本發明的優點是：制備成本低，生產工藝簡單，設備簡單；得到的元素摻雜二氧化錳電極材料具有優異的穩定性，較高的比電容；在中性NaSO₄、K₂SO₄、Li₂SO₄等溶液中有高比能量和穩定的工作窗口，可應用在需要中性電解液、高穩定性、高功率密度的電源場合。

附圖說明

圖1為本發明元素摻雜二氧化錳電極材料Mn_0.91M_0.09O₂的在硫酸鈉溶液中的循環伏安掃描圖，掃描速度為5mV/s。