[发明专利]用于超级电容器电极材料的NiO@MnO2纳米片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电容器电极材料领域，尤其是复合氧化物的超级电容器电极材料领域。

背景技术

随着人类社会的快速发展，传统能源和传统的能源使用方式已经越来越无法满足人类对能源的使用需求，同时其导致的资源浪费、资源枯竭以及环境污染已经威胁到了人类的正常生活。因此新的能源以及新的能源存储和使用方式亟需开发出来以解决现有的危机。在储能和供能上，传统的电池和电容器由于无法同时提供高能量密度和高功率密度，因而无法满足使用的需求，而超级电容器却拥有这种优势，同时由于具有循环寿命长、使用温度范围宽、充电时间短、绿色环保等优异特性，使得超级电容器有望成为新一代的能量存储工具。

当前对超级电容器的研究主要集中在对超级电容器电极材料的研究上，NiO和MnO₂都是非常有前景的超级电容器的电极材料，NiO具有低成本、环境友好的优点，同时其理论比容量高达2584F/g F/g，而MnO₂作为相似的氧化物，同样具有低成本、低毒和环境友好的优点，同时也具有高达1100-1300F/g的理论比容量。

目前各种形貌的氧化镍或者MnO₂电极材料有被制备，而且方法多样。然而，已经报道的NiO 或者MnO₂的比电容值都远远低于其理论比电容值，比如公告号为CN 103387268 B的专利，采用化学方法制得花状纳米氧化镍，其比电容值约550F/g，经3000 次充放电循环后比容量在460F/g 附近；公开号为CN 104409220 A的专利，采用水热反应法制得的二氧化锰(MnO₂) 纳米线材料，该纳米线材料用作超级电容器的电极材料时，其比电容只达到了127 F/g。导致实际制作的材料比电容远远低于其理论比电容的主要原因是由于NiO或 MnO₂的电子电导率比较低。目前，将多种具有优良电容性能的氧化物通过一定的复合方式复合以获得性能更加优异的超级电容器电极材料是电极材料研究的一个重要分支，通过一定的复合方法以获得多维纳米结构，以提高比表面积，增加电子和离子扩散途径，以期获得较高的充电/ 放电效率，从而使其比电容得到提高。

发明内容

为克服现有技术的问题，本发明旨在通过一定的复合方式NiO@MnO₂复合纳米材料，通过多维的纳米结构，以提高比表面积，增加比电容，获得满足超级电容器电极材料的优良性能。

本发明提供了一种用于超级电容器电极材料的NiO@MnO₂纳米片，所述NiO@MnO₂纳米片为NiO和MnO₂复合形成的二次片层纳米结构；其中NiO为纳米片状结构、且NiO纳米片大小均一且相互均匀分散开，片与片之间形成均匀的孔隙，MnO₂以片状结构致密而均匀的分布在NiO纳米片上，形成二次片层纳米结构。

进一步的，所述的MnO₂以大片的结构包覆在NiO纳米片上，纳米片间的孔隙直径为0.35～0.65μm。或者所述的MnO₂以微小的片状结构致密而均匀的分布在NiO纳米片上，纳米片间的孔隙直径为0.20～0.60μm。该二次片层纳米结构所形成的多维纳米形态，很好的提高了比表面积，从而使其应用于超级电容器的电极材料时，能够提高比电容。

本发明还提供了所述用于超级电容器电极材料的NiO@MnO₂纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1）将称量好的Ni(NO₃)₂•6H₂O、HMT溶解于去离子水中配置成均一的溶液；将该溶液转移到水热反应釜中，将衬底放入反应釜内的溶液中，然后将反应釜置于烘箱内进行水热反应，待反应结束后取出长有Ni(OH)₂的衬底洗净，并进行退火处理，经过退火处理后Ni(OH)₂转变为NiO；

2）将配置好KMnO₄溶液置于水热反应釜中，将步骤1）中得到的长有NiO的衬底浸于反应釜内的KMnO₄溶液中，于烘箱内进行水热反应，待反应结束后取出衬底并洗净烘干，即得到最终的产物：NiO@MnO₂纳米片。

进一步的，所述步骤1）中Ni(NO₃)₂•6H₂O、HMT的物质的量浓度比为1:2。