[发明专利]一种具有大工作电势窗口的超级电容器电极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种超级电容器电极材料及制备方法，在泡沫镍的基底材料表面有以六边形片状的特定晶型的氢氧化镍为核，以多孔薄片状特定晶型的二氧化锰为壳的核壳结构的复合材料。在泡沫镍基底上经水热反应得到氢氧化镍之后以三电极方式电沉积二氧化锰层制得电极材料。本发明的超级电容器电极材料，由两种特定晶型、特定形貌的氢氧化镍与二氧化锰复合，并在多孔材料上复合，由其组装的工作电极采用三电极体系测试，其电势窗口宽度可达1V，较现有电极材料的0.4～0.6V电势窗口提高近约70％以上。且合成方法简单快捷，绿色环保，成本较低。

技术领域

本发明涉及一种电极材料及制备方法，特别涉及一种超级电容器电极材料及制备方法。

背景技术

氢氧化镍电极材料作为理想的超级电容器电极材料，其具有理论比容量高，成本低的特点。但是氢氧化镍电极在水系电解液中通常存在工作电势窗口小、倍率性能差和循环寿命低等共性问题。将氢氧化镍与其它具有大的工作电势窗口、高电导率的材料复合是常见的改善策略。例如，文献(Wang H,Casalongue H S,Liang Y,et al.Ni(OH)₂nanoplates grown on graphene as advanced electrochemical pseudocapacitormaterials.[J].Journal of the American Chemical Society,2010,132(21):7472-7477.)中在低氧化程度的石墨烯片上生长高度结晶的氢氧化镍纳米片从而得到良好的倍率性能。文献(Li H B,Yu M H,Wang F X,et al.Amorphous nickel hydroxidenanospheres with ultrahigh capacitance and energy density as electrochemicalpseudocapacitor materials[J].Nature Communications,2013,4(5):1894.)中设计并合成了无定型氢氧化镍纳米球，从而得到具有高比容量与长循环寿命的电极材料。文献(Ghosh D,Giri S,Mandal A,et al.Graphene decorated with Ni(OH)₂,and Agdeposited Ni(OH)₂,stacked nanoplate for supercapacitor application[J].Chemical Physics Letters,2013,573(6):41-47.)中在氢氧化镍表面以UV辅助沉积银从而获得高比容量。但是氢氧化镍复合材料的工作电势窗口依然不大，普遍限制在0.55V以内；并且通常存在工艺过程复杂、难以量产以及生产成本高等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种超级电容器电极材料及制备方法，材料具有大而稳定的工作电势窗口，且制备方法简单，经济可行。本发明通过以下方案实现：

一种超级电容器电极材料，在泡沫镍的基底材料表面有以六边形片状的氢氧化镍为核，以多孔薄片状二氧化锰为壳的核壳结构的复合材料。

进一步地，具有以下晶型结构时，性能更优，材料经X射线衍射的XRD图中，具有粉末衍射标准卡片No.73-1520氢氧化镍的衍射峰和粉末衍射标准卡片No.53-0633二氧化锰的衍射峰。粉末衍射标准卡片No.73-1520氢氧化镍的衍射峰特征为：2θ角位于19.2°、33.2°、38.6°、39.0°、52.1°、59.3°、62.9°和73.3°处有衍射峰；粉末衍射标准卡片No.53-0633二氧化锰的衍射峰特征为：2θ角位于12.1°、24.4°、44.8°和58.0°处有衍射峰。

一种制备上述超级电容器电极材料的方法，按下述步骤：

(Ⅰ)将经预处理后的泡沫镍于175～185℃且水与空气的体积比为(1.5～4):1的条件下水热反应8～24h，再清洗——烘干，得到以泡沫镍为基底的六边形氢氧化镍薄片阵列的材料；