[發明專利]一種空心球形電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010142266.5
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111446085B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 田宏偉;孟澤碩;徐簡
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;C01G45/12;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種空心球形電極材料及其制備方法和應用，屬于超級電容器領域。本發明制備的空心球形電極材料具有較高的比表面積和較大的內部空間，相比于其他方法制備的電極材料具有更好的表面滲透性和穩定性，有利于活性材料與電解液的充分接觸，便于電子和離子的快速轉移，從而提升了超級電容器的循環穩定性以及能量密度，從而提高電化學性能。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，尤其涉及一種空心球形電極材料及其制備方法和應用。

背景技術

超級電容器作為一種新型的綠色儲能器件，因其具有比電容高，循環壽命長和倍率性能好等特點而引起了廣泛的關注。電極材料是超級電容器的關鍵所在，決定了儲能器件的主要指標。常見的電極材料可以分為三大類：通過靜電吸附來儲存能量的碳材料，依賴于電極材料的表面和次表面發生的氧化還原反應來進行能量存儲的導電聚合物材料和過渡金屬氧化物材料，對于碳材料來說，其電容值正比于電極的比表面積，而碳材料的比表面積比較低，導致碳材料的比電容較低，對于導電聚合物以及過渡金屬氧化物的相關材料來說，其穩定性較差，不能滿足長時間充放電的需求，尤其是經典的贗電容材料，如RuO₂，MnO₂和Ni(OH)₂，由于它們分別具有成本高，比電容低和電位窗口窄而在實際應用中受到限制。

現有技術中，Fu等報道了通過靜電紡絲法制備雙鈣鈦礦La₂CoMnO₆電極材料(參見《Preparation and electrochemical performance of double perovskite La₂CoMnO₆nanofibers》,Jie Fu,International Journal ofMinerals Metallurgy and Materials,2018,104～110)，通過靜電紡絲的方法，制得了具有納米纖維結構的La₂CoMnO₆電極材料，但是制備出的La₂CoMnO₆電極材料存在比電容較低，循環伏安穩定性較差的問題，阻礙了它們在高性能超級電容器中的應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種空心球形電極材料及其制備方法和應用。本發明提供的制備方法制得的空心球形電極材料具有較高的比表面積和較大的內部空間，進而能夠提高超級電容器的能量密度和循環穩定性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種空心球形電極材料的制備方法，包括以下步驟：

將葡萄糖溶液和氨水混合，得到混合溶液；

將所述混合溶液進行水熱反應，得到碳球模板；

將可溶性二價錳鹽、可溶性二價鈷鹽、硝酸鑭和溶劑混合，得到混合液；

將所述碳球模板和所述混合液混合后依次進行超聲、靜置、固液分離、干燥、研磨和退火，得到所述空心球形電極材料。

優選的，所述水熱反應的溫度為160～190℃，時間為4～24h。

優選的，所述可溶性二價錳鹽、可溶性二價鈷鹽、硝酸鑭和溶劑的用量比為5～10mmol：5～10mmol：10～20mmol：20～40mL。

優選的，所述可溶性二價鈷鹽、可溶性二價錳鹽與硝酸鑭的物質的量比為1：1：2。

優選的，所述碳球模板與所述混合液中的金屬離子的摩爾比為1：2。

優選的，所述退火的溫度為600～900℃，時間為2～4h。

優選的，升溫至所述退火的溫度的升溫速率為1～3℃/min。

優選的，所述退火的降溫速率為1～3℃/min。