[發明專利]基于缺氧型氧化錫納米片花球的超級電容器正極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910994471.1
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110718400B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 彭志堅;田也;王琪;符秀麗
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: H01G11/46
• 分類號: H01G11/46;H01G11/24;C01G19/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 杜立軍

本發明涉及一種基于缺氧型氧化錫納米片花球的超級電容器正極材料的制備方法，屬于新能源材料制備及其應用技術領域。該正極材料由高度缺氧型的氧化錫納米片構成，納米片之間規則排列成花球狀，宏觀上為粉末狀物質。作為工作電極，比表面積大，活性位點暴露充分，導電性較好，比電容大，結構穩定性好，對人體無毒無害。所述方法首先以二水合氯化亞錫和二水合檸檬酸三鈉為原料，采用溶劑熱法沉積得到了Sn₃O₄納米片花球粉末；然后將這種粉末在真空管式爐中進行高溫熱還原，最終得到所述正極材料。該方法的產品產量大，組成和形貌可控；原材料、設備和工藝過程簡單，成本低廉，生產過程安全、清潔、環保，有利于規模化生產。

技術領域

本發明涉及一種基于缺氧型氧化錫納米片花球的超級電容器正極材料的制備方法，屬于新能源材料制備及其應用技術領域。

背景技術

近年來，隨著現代社會的快速發展和人類生活水平的不斷提高，人類對于能源與資源的需求不斷增加，越來越多的科研工作者投入到各種各樣的可持續、可再生儲能材料的研究中。其中，超級電容器，也稱為電化學電容器，是一種介于傳統電容器和充電電池之間的新型高效儲能元件，具有充放電速度較快，功率密度較高，循環使用壽命較長和工作溫度范圍較寬等優點，已被廣泛應用于在能源和電子器件等領域。

對超級電容器性能起決定性作用的是電極材料。作為高性能超級電容器的電極材料，其應當比電容高、循環穩定性好、導電性好、電荷遷移阻力小，而且還應該具備材料和制備成本低、環境友好等特點。因此，開發高性能的電極材料是目前超級電容器研究的主要方向。

超級電容器電極的性能主要決定于材料的組成。在眾多電極材料中，作為贗電容型的超級電容器正極材料，金屬氧化物具有較高的能量密度和較好的可逆性，受到廣泛關注。其中，貴金屬氧化物氧化釕(RuO₂)是最早被研究的一種電極材料，其具有比電容高、電化學性能穩定等優點，其實際比電容為750F/g，理論容量可達1360F/g，曾經被認為是最理想的超級電容器電極材料。但是，高昂的電極成本以及巨大的毒性限制了其在工業上的大規模推廣和應用。因此，尋找化學性能相當但價格低廉的金屬氧化物用作超級電容器電極材料具有十分重要的意義。例如，近年來的研究發現，錳、鈷、鎳、錫等的某些氧化物具有與RuO₂相似的電化學性質，且資源豐富，成本較低。特別地，在各種金屬氧化物電極材料中，氧化錫是一種重要的過渡金屬氧化物材料，其具有價格低廉、耐腐蝕性強、化學熱穩定性好、環境友好等優點，已經被廣泛應用于太陽能電池、光催化劑、鋰離子電池、超級電容器等領域，被認為是一種極具潛力的超級電容器電極材料。但是，其導電性差以及循環穩定性差限制了其實際應用，因此如何改善氧化錫基電極材料的性能一直是氧化錫基超級電容器電極材料研究的熱點。

另一方面，超級電容器電極材料的微觀結構對電極材料的性能也影響巨大。為了提高氧化錫基超級電容器電極材料的性能，近年來，越來越多的科研工作者投入到制備不同形貌的氧化錫研究工作中來，相繼報道了各種納米結構的氧化錫材料，如納米薄膜、納米片、納米線以及納米顆粒等。其中，本領域公認，能高效地制備氧化錫納米結構的主要方法有：水熱法、共沉淀法、溶膠凝膠法、氣相沉積法等。例如，Wu等采用溶膠凝膠法獲得摻雜Sb的具有納米結構和微孔以及高電導率的SnO₂電極材料，該電極材料在循環1000次后比電容仍能保持在97.7％，表現出優異的穩定性(Wu NL.Nanocrystalline OxideSupercapacitors.Materials Chemistry and Physics,2002,75(1-3):6-11)。