[發明專利]一種超級電容器電極復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810798879.7
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108899218B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張希華;李斌
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明屬于新材料領域，涉及一種主要應用于超級電容器中的碳化鉬/氧化錳/碳電極復合材料及其制備方法。本發明復合材料包括碳化鉬、碳，其特征是還包括氧化錳，各組分的質量比為：碳化鉬:氧化錳:碳＝20～55:4～10:40～75。其制備方法是首先將鉬酸銨、氯化錳和碳源分別溶于去離子水，將三種溶液混合后，再采用室溫攪拌或加熱攪拌或反應釜水熱反應進行預處理，得到前驅體；然后將干燥好的前驅體轉移到坩堝中，在保護性氣氛下進行高溫處理后得到目標產物碳化鉬/氧化錳/碳復合材料。本發明制備的碳化鉬/氧化錳/碳電極復合材料比電容高，工作電壓范圍大，具有很好的應用前景；提供的制備方法操作簡單，成本低廉，便于批量生產。

技術領域

本發明屬于新材料領域，涉及一種主要應用于超級電容器中的碳化鉬/氧化錳/碳(MoC/MnO/C)電極復合材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器的循環壽命長、循環穩定性好、充放電速度快、抗干擾性強、體積緊湊。目前超級電容器電極材料主要分為三類：一是雙電層電容材料，二是準電容(也稱贗電容)材料，三是電池型電容材料。隨著智能電網、電動汽車、消費電子、軍事國防等領域的不斷發展，人們對能量儲存與轉換裝置的要求越來越高。研究開發工作電壓大、比電容高的電極材料，是提高超級電容器器件儲能的重要手段。

碳化鉬材料的物化性能優良，它在電催化、鋰離子電池、鋰空氣電池、燃料電池、超級電容器方面都有良好應用。鉬元素具有豐富的化學價態，使得碳化鉬表面容易發生快速氧化還原反應，因而表現出豐富的準電容。氧化錳是一種被廣泛使用的超級電容器正極材料，雖然理論比電容很大(接近1200F g^-1)，但是它的導電性很差，且循環穩定性不好。因此在開發超級電容器電極材料時，采用合理的方法將準電容材料與碳材料復合，是提高整體的導電性，優化工作電壓范圍，增加能量密度，簡化生產工藝的常見思路。

目前公開的對碳化鉬/碳復合材料在儲能方面的研究與應用，主要有以下幾點。孫磊等(CN 108183203 A)采用醋酸銅、L-谷氨酸、磷鉬酸、三聚氰胺等原料，合成了多級結構碳化鉬/氮摻雜碳復合微球，它應用在鋰離子電池電極上，有550mAh g^-1的比容量，且在第200圈循環時比容量沒有發生明顯的衰減。但是該方法步驟冗長，成本高，需要專門回收并處理大量的含Cu²⁺、Fe²⁺離子的廢液。張治安等(CN 107464938 A)采用鉬酸鹽和酚醛樹脂、脲醛樹脂制備了具有核殼結構的碳化鉬/碳復合材料，它的尺寸均勻(3～6μm)，介孔豐富，比表面積大，有利于鋰空氣電池比容量的提高。但是這種電極材料沒有在循環壽命上取得突破。夏新輝等(CN 10624403 A)發明的碳管/碳化鉬超級電容器電極材料，有著480F g^-1的比電容，且循環穩定性良好。但是其采用水熱法合成泡沫鎳碳納米管復合基體，采用電沉積和煅燒法結合的方法復合碳化鉬到碳納米管上，制備工藝復雜、成本高，不利于大規模生產。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種制備工藝簡單、成本低、便于批量生產的電容器電極復合材料和它的相應制備方法，制備的復合材料，用于超級電容器電極，具有工作電壓范圍大、儲能性能好、循環壽命長等特性。

本發明是通過以下方式實現的：

一種超級電容器電極復合材料，包括碳化鉬、碳，其特征是還包括氧化錳，各組分的質量比為：碳化鉬:氧化錳:碳＝20～55:4～10:40～75。

上述一種超級電容器電極復合材料的制備方法，其特征是包括以下實施步驟：

(1)將鉬酸銨、氯化錳和碳源分別溶于去離子水，將三種溶液混合后，再采用室溫攪拌或加熱攪拌或反應釜水熱反應進行預處理，烘干，得到前驅體；碳源為葡萄糖、甘氨酸、檸檬酸鉀、海藻酸鈉中的一種或幾種；鉬酸銨、碳源、氯化錳和去離子水的質量比為1:3～7:0.3～4:50；