[發(fā)明專利]一種金屬復(fù)合氧化物電極及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810347055.8
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN108428558B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳亞;關(guān)杰豪;曹利濤;甘輝;孔令坤;陳白珍;石西昌
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/24
• 分類號(hào): H01G11/24;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明公開了一種金屬復(fù)合氧化物電極及其制備方法，該復(fù)合氧化物電極包括集流體和附著于集流體上的含銻和鐵的復(fù)合氧化物活性物質(zhì)層；所述電極中不含粘結(jié)劑。所述金屬復(fù)合氧化物電極的制備方法包括：配制含有三價(jià)銻與三價(jià)鐵的可溶性鹽溶液；將集流體放置于含三價(jià)銻與三價(jià)鐵的混合水溶液中進(jìn)行水熱處理，使集流體表面覆蓋上銻和鐵的復(fù)合氧化物；最后將表面覆蓋有銻和鐵復(fù)合氧化物的集流體進(jìn)行熱處理得到本發(fā)明的金屬復(fù)合氧化物電極。本發(fā)明的金屬復(fù)合氧化物電極可用于電化學(xué)超級電容器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬復(fù)合氧化物電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

盡管超級電容器具有大功率輸出性能好、循環(huán)壽命長的優(yōu)點(diǎn)，與可充電電池相比，其能量密度明顯偏低。為了提高超級電容器的性能，即在提高比能量的同時(shí)保持其大比功率等優(yōu)勢，圍繞具有雙電層電容和法拉第贗電容行為的過渡金屬氧化物電極已成為目前該領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)之一。對于正極材料而言，雖然RuO₂質(zhì)量比能量也比較高，但因受資源限制，其原材料成本高，因此很難獲得商業(yè)推廣。為了尋求廉價(jià)的超級電容器電極材料，圍繞NiO、Co₃O₄、V₂O₅、MnO₂等過渡金屬氧化物或復(fù)合氧化物材料的制備和電化學(xué)性能研究相繼展開。在這些氧化物中，鎳、鈷或其復(fù)合氧化物在堿性電解液中表現(xiàn)出較高的比電容，可達(dá)到2000F/g以上。但從制備高比能量器件的層面來看，能夠與這些高比電容正極材料配套使用的負(fù)極材料尚比較缺乏，目前廣泛使用的碳材料一般容量只能達(dá)到200F/g左右，當(dāng)將兩者用于制備非對稱電容器時(shí)，由于負(fù)極材料使用量大而必然限制最終器件的比能量，難以充分體現(xiàn)正極材料的高比電容特性。

為了獲得在堿性電解液環(huán)境下具有高比電容特性的負(fù)極材料，近年來針對另一過渡金屬氧化物，F(xiàn)e₂O₃或FeOOH材料的研究引人注目。盡管該材料的理論比電容比較高，但由于受自身電子電導(dǎo)性能的影響，通過各種實(shí)驗(yàn)方法制備出的此類材料比電容都不高(一般為50-200F/g)。因此尋求能夠在堿性環(huán)境下與鎳鈷等氧化物正極材料匹配的超級電容器負(fù)極材料尚需開展大量的研究工作。從文獻(xiàn)查閱的情況看，目前尚無采用含鐵和銻的金屬復(fù)合氧化物作為超級電容器負(fù)極的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種金屬復(fù)合氧化物電極及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極，所述金屬復(fù)合氧化物電極包括集流體和附著于集流體上的銻和鐵的復(fù)合氧化物層。所述銻和鐵的復(fù)合氧化物層的比電容大于350F/g。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極，金屬復(fù)合氧化物中；鐵與銻的摩爾比為1-1.2：1；且部分銻或全部銻以銻酸根的形式存在。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極，作為優(yōu)選，銻和鐵復(fù)合氧化物為銻酸鐵。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極，所述集流體優(yōu)選為碳質(zhì)集流體(包括碳紙)或多孔泡沫鎳。當(dāng)然，凡具備集流體功能的材料均適用于本發(fā)明。此處不做限制。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極，所述金屬復(fù)合氧化物電極中不含粘接劑。

本發(fā)明一種金屬復(fù)合氧化物電極的制備方法，包括以下步驟:

步驟一

按設(shè)定的鐵、銻的摩爾比，配制含有鐵、銻的水溶液，所述銻呈三價(jià)；

步驟二

將集流體放入步驟一所得含有鐵、銻的水溶液中，進(jìn)行水熱處理；得到包覆有鐵和銻復(fù)合氧化物的集流體。此時(shí)所得產(chǎn)品已經(jīng)可以作為成品使用。但為了提高產(chǎn)品的比電容，一般還會(huì)進(jìn)行熱處理；所述熱處理為：