[发明专利]一种MnO2/Ti3C2TxMxene柔性超级电容器电极材料的制备方法

说明书

一种MnO₂/Ti₃C₂T_xMxene柔性超级电容器电极材料的制备方法，属于储能材料技术领域。本发明以MnO₂与Ti₃C₂T_xMxene相结合制备出电化学性能和机械性能良好的柔性超级电容器电极材料。具体涉及一种以LiF和HCl为腐蚀液，将Ti₃AlC₂的Al层腐蚀，获得Ti₃C₂T_x，再将MnCl₂·4H₂O与Ti₃C₂T_x按一定质量比混合加热，在KMnO₄的作用下进行氧化还原反应，使生成的MnO₂纳米棒沉积在Ti₃C₂T_x上，最后通过洗涤、干燥，得到柔性超级电容器电极材料。本发明利用具有优异比电容的MnO₂，并针对它存在导电性能不佳的缺点，采用原位沉积法，将MnO₂纳米棒沉积到导电性能佳的Ti₃C₂T_xMxene材料上，获得柔性MnO₂/Ti₃C₂T_xMxene复合电极材料，不仅保证电子的快速传递，而且大大降低了系统的电阻，该电极材料制备的电容器表现出良好的柔性、优异的循环稳定性、高能量密度等特点。

技术领域

本发明涉及一种MnO₂/Ti₃C₂T_xMxene超级电容器电极材料的制备方法，属于储能材料技术领域，特别是涉及一种柔性超级电容器电极材料的制备方法。该方法的技术特点在于将理论比电容高的MnO₂材料和导电性好、柔性佳的Ti₃C₂T_xMxene材料进行复合，制备性能优良的柔性超级电容器。

背景技术

超级电容器作为一种介于电池与传统电容器间的新型能量储存器件，具有功率密度高、充放电效率高、循环稳定性好、绿色环保等特点，因而被广泛应用于多种领域。然而较低的能量密度成为制约其发展的重要因素。研究表明，可以通过提高电极材料电容量来实现能量密度的提高。

近年来国内外有很多通过探索高效的电极材料来提高超级电容器性能的研究，这些电极材料包括碳材料、导电聚合物、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、过渡金属硒化物、过渡金属氮化物及其复合材料。其中MnO₂以其成本低、自然界较高的储量和较高的理论比电容而备受关注。如2010年12月29日公告的，公告号为CN 101928040 A的“一种超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法”专利，公开的方法是以以KBrO₃和MnSO₄为反应物，采用微波水热技术合成粉体。该方法的主要缺点是：①反应过程在水热条件下进行，反应比较剧烈、应用范围有限，不便于推广应用；②材料的导电性差，在作为电容器电极材料时需掺入导电剂。又如2012年07月18日公告的，公告号为CN 102583562 A的“超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法”专利，公开的方法是：将毗咯溶液与高锰酸钾溶液，搅拌反应，过滤，洗涤，真空干燥，得到粉末。该方法的主要缺点是：材料的导电性差，在作为电容器电极材料时需掺入乙炔黑作为导电剂。

因此，上述研究都证明了MnO₂较低的导电率限制了其在超级电容器中的应用，提高其性能的有效途径是制备MnO₂复合材料来改善电子传递使其具备高导电性。