[發(fā)明專利]一種電極材料及其制備方法以及超級電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610176108.5
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105845449B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙世璽;陸乾隆;陳昌科;南策文
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44223
• 代理人: 余敏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及電極材料，特別是涉及一種應(yīng)用于超級電容器的電極材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】

現(xiàn)有的電極材料，有采用金屬氧化物的，例如：二氧化錳、氧化鎳、氧化鈷、氧化釩、二氧化鉬等，但此類電極材料存在比容量不高的問題。鉬元素在自然界儲量較高、安全性好、無環(huán)境污染、制備容易等優(yōu)點(diǎn)，近年來已越來越廣泛地應(yīng)用到鋰離子電池或者電化學(xué)超級電容器中。目前主要的制備氧化鉬的方法包括溶膠法、水熱法和聯(lián)合流程等，可制備出納米帶、納米線和微米棒等多種微觀形貌的氧化鉬。然而，制得的氧化鉬作為電極材料時(shí)，普遍存在比容量較低的問題，進(jìn)而限制了所應(yīng)用的超級電容器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種電極材料及其制備方法以及超級電容器，制得的電極材料的比容量較高，所應(yīng)用的超級電容器的能量密度也較高。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種電極材料的制備方法，包括以下步驟：1)按照Mo離子在雙氧水中的濃度為3～5mmol/L確定所需鉬粉的量，將稱量好的鉬粉加入到正在冰浴且攪拌的雙氧水中，攪拌至溶液變?yōu)橥该鲿r(shí)，按照極性溶劑與溶液的體積比在1:5～1：8的范圍內(nèi)加入所述極性溶劑，攪拌30～60分鐘后至溶液再次變?yōu)橥该鲿r(shí)，滴入分子量在50～150之間的陽離子表面活性劑，繼續(xù)攪拌30～60分鐘；2)將步驟1)得到的溶液轉(zhuǎn)移到水熱釜中進(jìn)行水熱合成，在150～200℃下保溫6～36小時(shí)；3)待水熱產(chǎn)物冷卻后，洗滌、干燥所述水熱產(chǎn)物，制得三氧化鉬的電極材料。

一種電極材料，所述電極材料為三氧化鉬，且為正交晶型結(jié)構(gòu)的三氧化鉬，微觀結(jié)構(gòu)是納米片層疊形成，所述納米片的厚度在10～30nm之間，所述納米片表面分布有納米孔，所述納米孔的孔徑分布在5～20nm之間。

一種超級電容器，所述超級電容器的電極材料為如上所述的電極材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明的電極材料及其制備方法以及超級電容器，采用鉬粉為鉬源，在溶膠-水熱制備過程中，配合雙氧水、極性溶劑、陽離子表面活性劑等的作用，從而制備出純度高、形貌均一的正交三氧化鉬。制得的正交三氧化鉬的微觀結(jié)構(gòu)為薄(厚度在10～30nm之間)的納米片，且片上分布有大量介孔大小的納米孔，當(dāng)作為電極材料時(shí)，多孔的薄的納米片結(jié)構(gòu)能暴露出更多的活性位點(diǎn)，提供更大的比表面積，增加電解液的擴(kuò)散通道，使得電解液能夠充分與其接觸，暴露出大量的活性面積，所以這種結(jié)構(gòu)非常適合做超級電容器電極材料，能提供優(yōu)異的電化學(xué)性能。本發(fā)明的方法制備的電極材料的比容量可以達(dá)到1000F/g，適用于超級電容器負(fù)極材料。該制備方法工藝簡單，適合工業(yè)化應(yīng)用。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的實(shí)施例1中制備的三氧化鉬的X射線衍射譜圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式的實(shí)施例1中制備的三氧化鉬的掃描電子顯微照片；

圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式的實(shí)施例1中制備的三氧化鉬的投射電子顯微照片；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式的實(shí)施例1中制備的三氧化鉬在不同掃速下的CV曲線。

【具體實(shí)施方式】

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本具體實(shí)施方式提供一種電極材料的制備方法，利用溶膠-水熱法聯(lián)合流程法，配合一定量的極性溶劑和陽離子表面活性劑，制備出純度很高、形貌均一的正交三氧化鉬。具體地，制備方法包括以下步驟：

1)按照Mo離子在雙氧水中的濃度為3～5mmol/L確定所需鉬粉的量，將稱量好的鉬粉加入到正在冰浴且攪拌的雙氧水中，攪拌至溶液變?yōu)橥该鲿r(shí)，按照極性溶劑與溶液的體積比在1:5～1：8的范圍內(nèi)加入極性溶劑，攪拌30～60分鐘后至溶液再次變?yōu)橥该鲿r(shí)，滴入分子量在50～150之間的陽離子表面活性劑，繼續(xù)攪拌30～60分鐘。

該步驟中，鉬源為鉬粉，水浴采用雙氧水，其是弱氧化劑，可將鉬粉氧化成2MoO₂(OH)(OOH)，其中鉬元素的價(jià)態(tài)是+6價(jià)。這樣，在后續(xù)的水熱條件下其可分解并且釋放出氧氣，反應(yīng)過程為：2MoO₂(OH)(OOH)→2MoO₃·H₂O+O₂↑，其中釋放的氧氣可使得長出的三氧化鉬納米片上形成大量介孔。經(jīng)驗(yàn)證，上述材料的選擇較為重要，如鉬源更改為常用的鉬酸銨、鉬酸鈉，則無法實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng)過程，無法制得所需的電極材料。