[發(fā)明專利]具有多孔結(jié)構(gòu)的鈷酸鑭亞微米球電極材料制備方法

有效

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• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105931857B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;邵天巖;郭亞洲;劉婷;翟張杰;游慧慧
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超級電容器電極材料及其制備技術(shù)，具體的說是涉及一種新穎的用于超級電容電極材料的具有多孔結(jié)構(gòu)的鈷酸鑭(LaCoO₃)亞微米球電極材料制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們對能源需求不斷攀升以及便攜式電子設(shè)備的不斷發(fā)展，目前的能源存儲設(shè)備如鋰離子電池，氫燃料電池已經(jīng)很難滿足人們的要求；而進一步由于環(huán)境污染及石油危機引起的化石能源日益枯竭和電動汽車應(yīng)用的廣泛前景必然要求人們研發(fā)新一代的能源轉(zhuǎn)化及存儲裝置。超級電容器由于具有高的功率密度，優(yōu)良的循環(huán)壽命及大電流充放電等優(yōu)點近些年成為能源領(lǐng)域的研究熱點。

超級電容器主要分為兩大類：一類以碳基材料為主，通過在電極材料表面形成雙電層存儲電荷，另一類以過渡金屬氧化物為主，通過電極上的活性物質(zhì)發(fā)生快速氧化還原反應(yīng)進行電荷的存儲和釋放。其中以碳基材料制備的超級電容器由于其大的比表面積，不同種類的孔結(jié)構(gòu)更有利于電解質(zhì)溶液中離子的擴散及吸附，同以過渡金屬氧化物制備出的超級電容器相比具有更高的充放電電流密度。由于碳基材料主要依靠陰陽離子在材料表面的吸脫附進行電荷存儲及釋放所以在充放電的過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常好，相比于過渡金屬氧化物制備出的超級電容器具有更好的循環(huán)壽命。但是與碳基材料相比過渡金屬氧化物具有更高的比容量和能量密度.由此可見，開發(fā)具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，比表面積大的新型金屬氧化物作為超級電容器電極材料成為超級電容器研究的重要方向。

鈣鈦礦型金屬氧化物作為一種新型的超級電容器電極材料逐漸受到人們的關(guān)注。2014年J.Tyler Mefford等人通過對LaMnO₃進行氧空位調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究了其超級電容器電荷存儲機理。2015年Yi Cao等人通過靜電紡絲法制備出了Sr摻雜的LaNiO₃和LaCoO₃并將其用于超級電容器電極材料。雖然鈣鈦金屬氧化物已經(jīng)應(yīng)用于超級電容器電極材料，但其制備過程及方法比較復(fù)雜，因此探索簡單的鈣鈦礦材料的制備方法在超級電容器電極材料方面具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明通過合成具有多孔結(jié)構(gòu)的LaCoO₃亞微米球電極材料制備方法，并將這種材料制備成超級電容器電極。此方法簡單易行，并且能夠大量制備，合成出的LaCoO₃多孔結(jié)構(gòu)亞微米球用于超級電容器電極材料能夠達到較高的比容量且循環(huán)性能優(yōu)異。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

我們首次合成了具有多孔結(jié)構(gòu)的LaCoO₃亞微米級微球作為電極材料，通過SEM，TEM表征能夠發(fā)現(xiàn)合成的材料具有高度的均一性及多孔結(jié)構(gòu)，其大小大概在700-800nm左右，其原料組分及摩爾比為La(NO₃)₃·6H₂O:Co(NO₃)₂·6H₂O＝1:1-0.8。

本發(fā)明具有多孔結(jié)構(gòu)的LaCoO₃亞微米球電極材料制備方法，步驟如下：

(1)將La(NO₃)₃·6H₂O和Co(NO₃)₂·6H₂O按照1：1-0.8摩爾比溶解在異丙醇中并攪拌使其形成透明溶液；向溶液中加入甘油，使甘油與異丙醇的體積比為1:4，之后加入聚乙烯吡咯烷酮攪拌使其成為均相懸濁液；懸濁液裝入反應(yīng)釜在烘箱中180℃反應(yīng)；反應(yīng)好的的溶液離心并且用乙醇離心洗滌，之后放入70～100℃烘箱干燥；

(2)將步驟(1)中得到的反應(yīng)產(chǎn)物放入管式爐中空氣中升溫熱處理，熱處理溫度為550-650℃；得到多孔結(jié)構(gòu)的LaCoO₃亞微米球；

(3)將步驟(2)中的多孔結(jié)構(gòu)的LaCoO₃亞微米球用趕片法制作成電極。

所述步驟(1)聚乙烯吡咯烷酮加入量優(yōu)選為(2.5-5)mg/ml。

所述步驟(1)懸濁液裝入反應(yīng)釜在烘箱中180℃優(yōu)選反應(yīng)6—18小時。

所述步驟(1)70～100℃烘箱干燥優(yōu)選不少于12小時。

所述步驟(2)升溫熱處理升溫速率優(yōu)選為1-5℃每分鐘。

所述步驟(2)熱處理時間優(yōu)選為2-6小時。