[發明專利]一種用于超級電容器的復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310520991.1
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103545117A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 榮常如;韓金磊;陳書禮;張克金;魏曉川
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明涉及一種復合材料，具體涉及一種用于超級電容器的復合材料及其制備方法，屬于新能源領域。

背景技術

能源危機和環境污染的日趨嚴重，促進了節能及新能源汽車的不斷發展。作為節能及新能源汽車的核心部件之一的動力電池，受到各個車企的關注。目前所用的動力電源能量密度較低，汽車續駛里程短；功率密度較小，汽車啟動、爬坡及加速性能差；重量體積大，安裝不便；使用壽命短，不能與整車相同；電池造價高，整車綜合成本居高不下；工作溫度范圍窄，適應差；充電時間長，配套設施投入大。這些原因阻礙了動力電池在節能及新能源汽車上的大規模應用。為了改變現狀，除了對電池器件的結構進行研究外，人們對關鍵材料進行了開發研究。

復合金屬氧化物是二種及以上的金屬摻雜復合形成的儲能材料，具有高的比容量。錳酸鋅復合金屬氧化物已被應用于鋅離子電池正極（申請號200910188791.4）、鋰離子電池負極（申請號?200810047721.2、申請號20100545470.8），錳酸鋅經過首次放電后，發生Zn⁰、Mn⁰等的轉化，生成的金屬與Li₂O發生可逆的反應。其反應方程式如下（Nano?Research，2011，4，505–510）：

近年來，金屬氧化物、含鋰化合物、導電聚合物等相繼被用作超級電容器材料，用以提高器件的能量密度。而超級電容器用復合金屬氧化物的報道不多。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于超級電容器的復合材料及其制備方法，復合材料包括復合金屬氧化物ZnM_xO_y（M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x與y比值為1：1～1：4）和活性炭，是由含有錳、鈷、鐵等的復合金屬氧化物通過金屬鹽與活性炭制備而成，原料來源廣泛，制備工藝簡單。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種用于超級電容器的復合材料及其制備方法，（其特征在于：復合材料包括復合金屬氧化物ZnM_xO_y（M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x與y比值為1：1～1：4）和活性炭，其制備步驟如下：

（1）含有M的金屬鹽溶液里加入活性炭分散液，得到混合液，活性炭質量為M質量的10～60%；

（2）步驟（1）的混合液持續攪拌，加入含有Zn的金屬鹽溶液，在溫度60～80℃反應2～8h；含Zn與M的金屬鹽的物質的量比為1：2～1：7；

（3）步驟（2）得到的產物洗滌、干燥至恒重，作為復合材料前驅體，前驅體在500～900℃反應1～6h，得到復合材料。

所述的復合材料可以通過含有M、Zn的金屬鹽與活性炭固相反應得到。

所述的含有M的金屬鹽包括碳酸錳、草酸錳、氯化錳、硫酸錳、硝酸錳，草酸鈷、硫酸鈷、硝酸鈷、氯化鈷、碳酸鈷、氧化鈷、碳酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、草酸鐵、氧化鐵，所述的含有Zn的金屬鹽包括碳酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅、草酸鋅、硝酸鋅以及氧化鋅。

本發明的積極效果是由含有錳、鈷、鐵等的復合金屬氧化物通過金屬鹽與活性炭制備而成，原料來源廣泛，制備工藝簡單，是一種比較有前景的超級電容器用電極材料。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的錳酸鋅復合材料SEM照片。

圖2為本發明實施例1的超級電容器充放電曲線。

圖3為本明實施例1的超級電容器循環伏安曲線。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例對本發明進行具體描述，所述的實施例只是對本發明的權利要求的具體描述，權利要求包括但不限于所述的實施例內容。

實施例1

如圖1-3所示，稱取碳酸錳、檸檬酸、碳酸鋅及活性炭，碳酸錳及檸檬酸在去離子水中通過磁力攪拌混合均勻，加入經超聲分散的錳質量20%的活性炭水分散液，升溫至60℃，恒溫反應50min，加入碳酸鋅，繼續攪拌2h，碳酸錳與碳酸鋅的物質的量比1：6。冷卻至室溫，將所得的產物沉淀過濾，去離子水洗凈，60℃真空干燥至恒重；將得到的產物700℃煅燒2h，得到鋅錳復合金屬氧化物與活性炭的復合材料。復合材料與粘結劑PTFE、導電劑VGCF制成正極片，活性炭與粘結劑PTFE、導電劑VGCF制成的負極片，中間以隔膜分開，加入1M硫酸鋅電解液，制成超級電容器。

實施例2