[發明專利]金屬鉻摻雜δ-MnO2

有效

• 申請號: 201910179603.5
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN111689523B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 夏暉;趙旸
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01G45/02
• 分類號: C01G45/02;H01G11/24;H01G11/46;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種金屬鉻摻雜δ?MnO₂納米片的制備方法。所述方法按Cr(NO₃)₃與MnCl₂的摩爾比為0.01～0.1：1，將MnCl₂溶液與Cr(NO₃)₃溶液混合，加入1～6M的NaOH溶液，攪拌混合反應，再滴加KMnO₄溶液并攪拌，隨后常溫下老化12～48h，于140℃～180℃下進行水熱反應，反應時間12～48h，制得金屬鉻摻雜δ?MnO₂納米片。本發明制備工藝簡單、生產成本低、可大規模應用于生產中，制得的超級電容器正極材料金屬鉻摻雜δ?MnO₂的比容量、倍率性能和循環穩定性等均顯示出優良的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電化學材料技術領域，，涉及一種超級電容器正極材料δ-MnO₂摻雜改性的方法，具體涉及一種金屬鉻摻雜δ-MnO₂納米片的制備方法。

背景技術

超級電容器(supercapacitor，ultracapacitor)，又叫電化學電容器(Electrochemical Capacitor，EC)，包括雙電層電容(Electrostatic double-layercapacitor)和贗電容器(Electrochemical pseudocapacitor)。超級電容器作為一種新型的儲能器件，介于二次電池與傳統電容器之間，具有功率密度高、循環壽命長、快速充放電等優點，在交通領域、工業領域以及新能源領域等方面均有著廣泛的應用。

通常，超級電容器的電極是決定其性能最主要的因素。其中，MnO₂是一種廉價易得且性能良好的超級電容器電極材料，其理論比電容高達1370F/g。然而，較差的導電性與可逆性嚴重影響了MnO₂理論比電容的充分發揮，制約其實際應用。MnO₂的主要合成方法有水熱法、溶膠凝膠法、低溫固相法、模板法、液相沉積法和電沉積法。不同方法制備出的MnO₂在晶格結構、表面形貌和比表面積等方面均有差別，造成電化學性能也有較大的差異。目前，主要的研究集中于提高二氧化錳電極材料的導電性與循環穩定性，以滿足實際應用。

為了改善MnO₂材料的導電性，除將其與具有良好導電性能的金屬如金，和非金屬如碳材料進行復合外，采用其他元素進行摻雜也是行之有效的方法。在采用電化學法制備MnO₂材料時，通常是將二價錳鹽與摻雜元素的可溶鹽溶液混合，使Mn²⁺在作為陽極的集流體表面氧化生成二氧化錳的同時，摻雜元素與二氧化錳共沉積，從而達到摻雜的目的(Z.G.Yeet al,Metal-Ion(Fe,V,Co,and Ni)-Doped MnO₂Ultrathin Nanosheets Supported onCarbon Fiber Paper for the Oxygen Evolution Reaction[J].Adv.Funct.Mater.2017,1704083.)。在采用水熱法制備MnO₂粉體材料時，通常是向含高錳酸鉀的溶液中添加摻雜元素，在水熱反應過程中摻雜元素離子進入有高錳酸鉀轉化而成的MnO₂材料中而達到摻雜的目的(S.Q.Zhao et al,Cr-doped MnO₂nanostructure:morphology evolution andelectrochemical properties[J].J Mater Sci:Mater Electron,2016,27: 3265-3270.)。上述制備方法，摻雜前后MnO₂材料產生相變，未對原始材料進行有效改善，摻雜前后循環1000圈的容量保持率分別為92％和93.2％，僅提升1.2％，其倍率性能和循環性能仍需改進。

發明內容