[发明专利]超级电容器和电池的复合正极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型正极材料的制备方法，特别是涉及一种超级电容器和电池的复合正极材料的制备方法。

技术背景

电极材料是决定电化学超级电容器性能的两大关键因素(电极材料与电解液)之一，对超级电容器电极材料的研究主要集中在各种活性炭材料、导电聚合物材料及金属氧化物材料等。过渡金属氧化物因其本身的赝电容现象而用做超级电容器的电极材料。

电沉积的方法能方便、精确的通过控制电解池的电流密度、电解时间、电解液组成和温度，在基体表面形成一定质量和厚度的电极膜。电沉积法不仅成本低，而且通过改变电流密度、盐的浓度和种类就可以控制沉积的质量，实现共沉积或掺杂，所以采用电沉积法制备复合正极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种超级电容器和电池的复合正极材料的制备方法，该发明不仅使沉积参数易于控制改善复合正极材料的性能，并且可降低复合正极材料的生产成本。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：用两种过渡金属可溶性盐的混合水溶液或两种过渡金属可溶性盐的混合乙醇溶液或两种过渡金属可溶性盐的混合乙醇-水溶液(乙醇与水以任意比例混合)作为电解液，电解液中每一种过渡金属可溶性盐的浓度为0.05mol/L～4.5mol/L；以改变电流方向的方式来切换阴阳极或改变电位，通过交替电沉积的方法，利用直流电源在5℃～90℃的温度条件、以0.2mA/cm²～2A/cm²的电流密度、1～15min的沉积时间在金属电极上电沉积出一种金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层。以改变电流方向的方式来切换阴阳极或改变电位在已有一层沉积物的金属电极上，以0.2mA/cm²～2A/cm²的电流密度、1～15min沉积时间在电极上电沉积出另外一种金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层，反复改变电流方向以切换阴阳极或改变电位，在同一金属电极上相间沉积出两种过渡金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层，每一层的厚度根据沉积时间和沉积电流来控制。或者用双槽进行制备，分别配制两种过渡金属的水溶液或两种过渡金属可溶性盐的乙醇溶液或两种过渡金属可溶性盐的乙醇-水溶液(乙醇与水以任意比例混合)作为电解液，分别放置于两个电镀槽中，每一种过渡金属可溶性盐的浓度为0.05mol/L～4.5mol/L；以改变电流方向的方式来切换阴阳极或改变电位，通过交替电沉积的方法制备材料，先在一种过渡金属溶液中，用直流电源在5℃～90℃的温度条件、以0.2mA/cm²～2A/cm²的电流密度、1～15min的沉积时间在金属电极上电沉积出一种金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层，将电极取出用蒸馏水冲洗，再放于另一种过渡金属溶液中，以改变电流方向的方式来改变阴阳极或改变电位在已有一层沉积物的金属电极上，以0.2mA/cm²～2A/cm²的电流密度、1-15min沉积时间在电极上电沉积出另外一种金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层，反复重复上述过程，在同一金属电极上相间沉积出两种过渡金属的氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层。

本发明所述过渡金属是钴、镍或锰过渡金属中的任意两种，所述过渡金属可溶性盐为钴、镍或锰的硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐或氯化物；两种过渡金属应有一种金属比较廉价，在沉积出的物质中应以廉价金属的氧化物或者氢氧化物为主；而另一种价格较高的过渡金属的氧化物或氢氧化物的作用是改良廉价金属氧化物或氢氧化物的性能；每一层薄膜的厚度根据沉积时间和沉积电流来控制。

本发明通过交替电沉积的方法来制得两种过渡金属的氧化物或氢氧化物，此两种氧化物或氢氧化物利用各自的优势互补，以达到制得高性能的超级电容器和电池的复合正极材料。由此促进此种电极材料的工业化生产。

本发明的有益效果是：该发明制备出两种过渡金属氧化物薄膜层或氢氧化物薄膜层相间的多层膜，该种材料具有大量的界面，对晶粒起到细化的作用，可提高材料的比电容量，并且兼有两种过渡金属的优点，可做到优势互补，改善彼此的电化学性能，从而制得高性能的超级电容器和电池的复合正极材料。同时，电沉积法具有成本低、操作简便、环境污染小、样品不受限制、制备时间短和厚度范围易于控制等优点。

附图说明

图1是以乙酸锰和硝酸钴的混合水溶液为电解液所制备的正极材料的充放电曲线，其中，横坐标为时间，纵坐标为电位。

图2是以乙酸锰和硝酸镍的混合水溶液为电解液所制备的正极材料的充放电曲线，其中，横坐标为时间，纵坐标为电位。