[发明专利]一种超级电容器用二氧化锰/碳纸复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，涉及一种超级电容器电极的制备方法，具体涉及一种超级电容器用二氧化锰/碳纸复合电极的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型的绿色储能器件, 其储能性能介于二次电池和传统电容器之间，具有比功率高、比容量大、成本低、循环寿命长、充放电效率高等优点, 因此在许多领域具有广阔的应用。电极材料是超级电容器的核心材料，研究历史最长、技术最成熟、商业化程度最高的是碳材料, 主要提供双电层电容, 但比容量低, 能量密度小; 金属氧化物提供法拉第赝电容, 比容量大、能量密度高, 但导电性和循环稳定性差。

为了结合上述两种超级电容器电极材料性能之间的优点，可将碳材料与金属氧化物复合应用于超级电容器领域，而制备融合双电层电容和赝电容优势的复合材料已成为电极材料研究的热点。在金属氧化物中，由于二氧化锰在自然界中含量丰富、价格低廉、理论比容量高和环境友好等优点被认为是最有前景的电极材料之一。

但是, 二氧化锰的导电性较差且只在表面发生的法拉第赝电容反应，极大地限制了其容量的发挥。

发明内容

本发明针对现有超级电容器存在的制作工艺复杂、原材料成本高、柔性差、电极活性材料在电解质中易溶解或腐蚀等问题，采用简单快速的水热方法，直接将二氧化锰沉积在具有大比表面积的片状碳纸上，利用碳纤维比表面积大和导电性能高的优点，分散二氧化锰，提高其电容利用率。使原位生成的二氧化锰均匀地负载在碳纸表面. 由于由碳纤维形成的碳纸和二氧化锰大面积地接触及碳纸所具有良好导电性，使得其表面负载的二氧化锰可以充分发生赝电容反应，提高了超级电容器的电化学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种超级电容器用二氧化锰/碳纸复合电极的制备方法，具体步骤如下：

（1）碳纸分别用乙醇和去离子水超声清洗0~1 h后浸泡于去离子水中。

（2）按照化学计量比将KClO₃和MnSO₄^.H₂O溶解，KClO₃和MnSO₄^.H₂O的浓度均为0.02~0.5mol/L, 滴加强酸将溶液的pH值调制0~2，于55~90 ℃的水浴中搅拌0.5~4 h。

（3）将步骤（2）中的溶液倒入聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）的碳纸放入水热釜，于60~180 ℃反应2~20 h，自然冷却。

（4）将步骤（3）的产物用去离子水和无水乙醇反复洗涤、抽滤，于80~100 ℃真空干燥12~24 h，得到镶嵌有二氧化锰的碳纸。

（5）将上述得到的二氧化锰/碳纸复合材料按超级电容器的设计要求冲压成极片，组装成超级电容器。

所述的碳纸即作为二氧化锰载体又作为集流体，由碳纤维压制而成，碳纤维的长度为10~1000 μm，直径为1~50 μm。

所述的步骤（2）中的强酸为浓硝酸或浓硫酸。

所述步骤（4）中的产物二氧化锰，粒径为0.01~10 μm。

本发明的有益效果是：

（1）本发明采用普通反应物，通过水热方法，直接将二氧化锰镶嵌在具有大比表面积的片状碳纸上，工艺简单，成本低。

（2）本发明利用碳纤维比表面积大和导电性能高的优点，分散二氧化锰，提高其电容利用率。

（3）本发明所采用的碳纸由碳纤维组成，具有多孔结构，即可作为二氧化锰载体，又可以直接作为集流体组装成超级电容器。

（4）本发明制备的二氧化锰/碳纸复合材料表现出良好的电化学行为，具有高比电容值和良好的电化学性能稳定性。

附图说明

图1是本发明超级电容器用复合电极的结构示意图。

图2是本发明实施例1复合电极的扫描电镜图片。

图3是本发明实施例4复合电极的扫描电镜图片。

图4是本发明实施例的充放电曲线。

其中图中：其中1-碳纸，2-MnO₂3-实施1制备的电极电极对应的充放电曲线，4-实施例2制备的电极对应的充放电曲线，5-实施例3对应的充放电曲线，6-实施例4对应的充放电曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，所述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

（1）正极材料的合成：