[发明专利]一种硫化四氧化三钴复合电极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种硫化四氧化三钴复合电极材料的制备方法，本发明能够解决现有四氧化三钴作为超级电容器负极材料因导电性不佳而导致的电容量受到制约的问题，本发明旨在用一种简单成本低的原材料制备四氧化三钴前驱体，通过前驱体在硫代乙酰胺溶液中进行水热反应得到一种纳米结构硫化四氧化三钴电极材料，经过硫化之后，硫元素以掺杂方式存在于Co₃O₄纳米材料中，比起Co₃O₄纳米棒的表面更加粗糙，大幅扩大了供表面反应进行的比表面积；硫化处理使Co₃O₄的载流子浓度得到了极大的提升，同时也提升了Co₃O₄电极的锂离子的扩散系数以及充放电效率，有效提高了四氧化三钴电极材料的导电性。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其是一种硫化四氧化三钴复合电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是继化学电池、燃料电池、混合动力产品后出现的新一代储能装置，具有能量密度高、寿命长、充电快等优势。更重要的是，超级电容器中电极材料与电解液间简单的电荷分离有利于能量的快速储存和运输，是传统介电电容器和高储能密度蓄电池、燃料电池之间的重要桥梁。美国能源部早已把超级电容器列为未来储能系统的重要装置，世界多国也已投入大量时间和资金研究和发展超级电容器。我国现有超级电容器企业10余家，但水平远低于欧美日等国。因此，加大加快发展超级电容器已刻不容缓。

决定超级电容器性能优劣的关键是电极材料。根据储能原理，电极材料分为两类：一类是双电层材料，这类材料导电性、循环性好但比电容较低。另一类是赝电容材料，这类材料比电容高但导电率低。早期的RuO₂化学稳定性好、比电容高，但价格昂贵而难以在实际中大规模使用。因此，研究人员将目光投向了价格低廉，自然资源储备量大的过渡金属氧化物，如MnOx、Co₃O₄、Fe₃O₄、V₂O₅和NiO等。其中，Co₃O₄具有优异的电子储备能力，被认为是一种较为理想的超级电容器电极替代材料。近些年来，结构各异、形貌不同的Co₃O₄纷纷被制备出来用作电极材料加以研究，包括气凝胶(文献Chem.Mater.,2009,21,3228-3233，所报道)、膜材料(文献J.Power Sources,2002,108,15-20.所报道)和空心微米球(文献J.SolidState Chem.,2009,182,1055-1060.所报道)等。研究发现，纳米过渡金属氧化物可以大大缩短电解液离子传输路径，有利于物质转移，从而大大提高比电容。纳米级的Co₃O₄作为电极材料具有良好的电化学性能，其比电容是碳材料理论容量的两倍多。

理想的电极材料应该满足以下几点要求：高比表面积决定了比电容大小；可控的孔结构显著影响比电容和倍率特性；高导电率是决定倍率特性和功率密度的重要因素；较多的电化学活性点可以增加赝电容产生部位；良好的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性确保可靠的使用寿命；原料价廉易得。