[發明專利]一種納米復合電極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310046816.3
• 申請日: 2013-02-06
• 公開（公告）號: CN103137341A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王艷輝;張金輝;臧建兵
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域??本發明涉及一種納米復合材料及其制備方法，特別是一種納米復合電極材料及其制備方法。

背景技術??超級電容器，它是一種介于常規電容器與二次電池之間的新型儲能器件，同時兼有常規電容器功率密度大和二次電池能量密度高的優點。由于具有比功率高，比能量大，循環壽命長，充放電速度快，對環境無污染，可廣泛應用于信息技術、航空航天、國防科技、車用能源等各種高科技領域中。超級電容器用電極材料主要分為碳材料、金屬氧化物和導電聚合物。

金屬氧化物二氧化錳是一種具有優異電化學性能的電極材料，早在幾十年前就已經廣泛應用于鋅錳電池和鋰錳電池。在最近幾年里，眾多研究證實二氧化錳是一種很有前景的贗電容材料，相比其他金屬氧化物而言，二氧化錳具有容量高、可逆性好、毒性低、來源豐富、成本低和環境友好等特點,?已經引起了各國科研機構以及相關企業的關注。但由于二氧化錳本身導電率較低和較致密結構導致電化學容量較低，為了進一步提高超級電容器的電容值，對二氧化錳電極材料進行了改進，主要方法表現為將二氧化錳與各種碳材料進行復合。現今的復合方法主要為在溶液條件下在碳材料表面均勻包裹一層二氧化錳。二氧化錳與碳材料存在大的界面接觸電阻，影響了電極的導電性，使得復合材料的電化學性能不是很理想。

發明內容??本發明提供一種設備簡單、易操作、具有良好電容性能的納米復合電極材料及其制備方法。

本發明的納米復合電極材料是一種由碳納米管、涂覆在碳納米管表面的金屬錳以及在金屬錳與碳納米管之間生成的碳化物層組成的錳或氧化亞錳/碳化錳/碳納米管復合電極材料。

上述納米復合電極材料的制備方法：

按碳納米管：金屬錳粉的質量比為1:10-50的比例，采用研缽研磨的方法將碳納米管與金屬錳粉混合均勻，裝入不銹鋼容器中，再將容器放入真空反應爐腔內；開啟真空泵和加熱閥，加熱到500~700℃，在真空度1~10?Pa下，保溫30~120?min，關閉加熱閥，待冷卻到室溫后關閉真空泵把容器取出，最后用酒精對混合物進行超聲漂洗10~25?min，靜置3~8?min，取上面的懸浮液烘干，即為錳（氧化亞錳）/碳化錳/碳材料納米復合電極材料。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、制備方法對設備要求不高，易操作，能夠批量生產易于商業推廣。

2、碳化物層不但能夠提高電極的導電性能，而且能夠增強電極的循環壽命，外表層的金屬錳（或氧化亞錳）能夠轉化成二氧化錳，表現良好的電容性能。錳（氧化亞錳）/碳化錳/碳納米管納米復合電極比電容為216-336?F/g。

附圖說明

圖1是本發明實施例1獲得的電極納米復合材料的XRD圖。

圖2是本發明實施例1獲得的電極復合材料的場發射圖。

圖3是本發明實施例1獲得的電極復合電極材料的在0.5?mol/L?Na₂SO₄溶液中的循環伏安曲線。

具體實施方式

實施例1：

取0.5?g?平均直徑為100?nm的碳納米管和25?g?100目的金屬錳粉，采用研缽研磨的方法混合均勻，裝入不銹鋼容器中，把容器放在真空反應爐腔內；開啟真空泵和加熱閥，加熱到600?℃，在真空度為10?Pa時，保溫60?min，關閉加熱閥，待冷卻到室溫后關閉真空泵把容器取出，最后用酒精對混合物進行超聲漂洗10?min，振動頻率為20kHz，功率為80W，靜置3?min，取上面的懸浮液烘干，即獲得了錳（氧化亞錳）/碳化錳/碳納米管納米復合電極材料。

錳（氧化亞錳）/碳化錳/碳納米管納米復合電極比電容的測量：采用常規的三電極體系，飽和甘汞電極作為參比電極，大面積泡沫鎳電極為輔助電極，所制備的錳（氧化亞錳）/碳化錳/碳納米管納米復合電極是測試中的工作電極，電解液為0.5?mol/L?Na₂SO₄溶液。測量結果是：在0.005?V/s的掃速下，錳/碳化錳/碳納米管納米復合電極比電容為336?F/g。

如圖1所示，可以看出納米復合材料存在碳，金屬錳，氧化亞錳和碳化物等相。如圖2所示，可以看出在碳納米管表面均勻涂覆了一層疏松多孔的納米鍍層。如圖3所示，其掃描速率分別為2,5,20,50,100?mV/s，可以看出隨著掃描速度的增加電流在不斷增大，同時CV曲線的形狀基本不變，說明該納米復合電極材料具有很好的電容性能。

實施例2：