[發(fā)明專(zhuān)利]硫摻雜三氧化二鉍的制備方法、負(fù)極材料和超級(jí)電容器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011598266.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112875751B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張欣;高艷芳;李利軍;鮑新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01G29/00
• 分類(lèi)號(hào): C01G29/00;B82Y30/00;B82Y40/00;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 北京方迪譽(yù)誠(chéng)專(zhuān)利代理有限公司 11808
• 代理人: 宣力偉;鄧斐

本發(fā)明提供一種硫摻雜三氧化二鉍的制備方法、負(fù)極材料和超級(jí)電容器。所述方法包括以下步驟：(1)稱(chēng)取預(yù)定量的五水合硝酸鉍加入預(yù)定體積的醇溶劑中，然后在室溫下攪拌30min；(2)將步驟(1)中所得的溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，然后進(jìn)行保溫和離心處理，以獲得白色沉淀；(3)將步驟(2)中所得的白色沉淀洗滌、徹底干燥后，充分研磨至細(xì)小粉末；(4)將步驟(3)中所得的粉末置于馬弗爐中煅燒，以獲得黃色三氧化二鉍粉末；以及(5)將步驟(4)中所得的三氧化二鉍粉末在硫粉存在的條件下進(jìn)一步退火，以制得硫摻雜三氧化二鉍。本發(fā)明的制備方法原料廉價(jià)易得、設(shè)備成本低、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、耗時(shí)短，非常適合工業(yè)化生產(chǎn)的推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容器電極材料領(lǐng)域，涉及一種硫摻雜三氧化二鉍材料(Bi₂O₃)的制備方法，采用硫摻雜三氧化二鉍的負(fù)極材料，以及包含該負(fù)極材料的超級(jí)電容器。

背景技術(shù)

超級(jí)電容器(Supercapacitors,SC)是一種高效的能量存儲(chǔ)裝置，因其高的循環(huán)穩(wěn)定性和低的維護(hù)成本及能夠快速充放電等優(yōu)點(diǎn)而具有廣闊發(fā)展前景。當(dāng)前，制約SC商業(yè)化應(yīng)用的重要因素是較低的能量密度，理想的解決方式是在不犧牲其高功率密度和循環(huán)壽命的前提下，盡可能提高其能量密度，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。真正決定超級(jí)電容器能量密度的關(guān)鍵因素就是電極材料，到目前為止，正極材料的研究已初見(jiàn)成效，其容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于負(fù)極材料，而現(xiàn)有的商用負(fù)極材料基本采用活性炭，由于其儲(chǔ)能機(jī)理導(dǎo)致理論容量較低。因此，開(kāi)發(fā)一種能與正極材料較高比容匹配的新型負(fù)極材料是提高整體器件性能的關(guān)鍵。而過(guò)渡金屬氧化物材料是另一種常用的負(fù)極材料，其理論比容量雖高于碳材料，但結(jié)構(gòu)極易坍塌以及較低的電導(dǎo)率卻成為限制這種材料應(yīng)用的主要問(wèn)題。

因此，尋找比容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好的電極材料一直是研究者們面臨的挑戰(zhàn)之一。盡管碳基材料作為超級(jí)電容器的負(fù)極已經(jīng)廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)，但低比電容仍然是其主要劣勢(shì)，阻礙了新型高能量密度儲(chǔ)能器件的進(jìn)一步發(fā)展。Bi₂O₃則是一種功率密度、能量密度及循環(huán)壽命均符合要求的新型負(fù)極材料，能夠提高超級(jí)電容器整體器件的性能。針對(duì)Bi₂O₃禁帶寬度及催化效率低等缺點(diǎn)，可通過(guò)非金屬離子摻雜的方式提高其電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要通過(guò)摻雜以制造電極材料的晶格缺陷，進(jìn)而提高該材料電導(dǎo)率的手段來(lái)提供一種功率密度、能量密度及循環(huán)壽命均符合要求的新型負(fù)極材料，由此提高超級(jí)電容器整體器件的性能。

在本發(fā)明的第一方面中，提供一種硫摻雜Bi₂O₃的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)稱(chēng)取預(yù)定量的五水合硝酸鉍加入預(yù)定體積的醇溶劑中，然后在室溫下攪拌30min；

(2)將步驟(1)中所得的溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，然后進(jìn)行保溫和離心處理，以獲得白色沉淀；

(3)將步驟(2)中所得的白色沉淀洗滌、徹底干燥后，充分研磨至細(xì)小粉末；

(4)將步驟(3)中所得的粉末置于馬弗爐中煅燒，以獲得黃色Bi₂O₃粉末；以及

(5)將步驟(4)中所得的Bi₂O₃粉末在硫粉存在的條件下進(jìn)一步退火，以制得硫摻雜Bi₂O₃。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一些實(shí)施方式，所述醇溶劑包含乙醇和乙二醇。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一些實(shí)施方式，所述預(yù)定量為0.458g，所述預(yù)定體積為21mL，并且，所述乙醇和所述乙二醇的體積分別為14mL和7mL。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一些實(shí)施方式，在所述步驟(2)中，所述保溫的溫度為0-200℃，并且，所述保溫的時(shí)間為6-12h。