[发明专利]一种电化学离子交换法制备电极材料的方法及其电极材料

说明书

本发明制备了一种Mn₃O₄/NiMn₂O₄复合结构及纯物质NiMn₂O₄作为超级电容器电极，采用此两种结构做电极大大提高了电化学性能，并可极大降低电极材料的成本；关于NiMn₂O₄的制备技术主要是高温固相反应或溶剂热联合后续煅烧氧化的方法，电化学离子交换技术或电化学离子交换技术在此方面的应用鲜有报道，使用电化学离子交换制备Mn₃O₄/NiMn₂O₄复合结构及纯物质NiMn₂O₄，时间短，温度低，操作简单，无污染。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别是一种电化学离子交换法制备电极材料的方法及其电极材料。

背景技术

在能源储存领域中，锰氧基材料有着极其广泛的应用与研究。主要原因有如下几点:首先，锰元素Mn是一种具有五个未配对电子的过渡金属元素，因此，锰元素拥有最多的氧化态，包括整个元素周期表中的最高氧化态(VII)。锰元素独特的电子结构使Mn具有极强的氧化还原活性，因此它能够以多种不同的氧化态存在，可形成不同晶形的各种氧化物，如MnO，Mn₃O₄，Mn₃O₄，MnO，MnO₃和Mn₂O₇。其次，相对于其他氧化物为赝电容材料的过渡金属元素(如Ru，Ni，Co)，锰元素在地壳中的储量最为丰富，储量在地壳元素中排第十二位。Mn₃O₄是电化学电容器常见的电极材料之一。与双电层电容器电极材料相比，Mn₃O₄具有赝电容特性，比双电层电容器电极材料具有更高的比电容。但是由于Mn₃O₄导电性差使得电荷无法快速传递，导致电极内阻增大，性能不能充分发挥。单纯的Mn₃O₄存在比容量低，循环稳定性差和导电性较差等问题，发生电化学反应时只有表面的一部分电极材料发生反应，而内部的很大一部分都几乎不能参与到电化学电荷存储过程中，因此限制了Mn₃O₄的电容量。目前主要是与石墨烯复合，通过将Mn₃O₄与导电性优异的石墨烯材料复合，使得复合电极材料的内阻减小，从而电极材料的导电性及电容值增加。然而石墨烯价格昂贵，不利于复合电极的大规模推广应用。为了提高锰氧基电极材料的电化学性能及工业化生产的潜力，需要我们设计并合成具有优良电化学性能且成本低，可大规模生产制备的锰氧基电极材料及制备方法。

此外，我们关注到了NiMn₂O₄材料，NiMn₂O₄材料是一种较好的电极材料，但是关于NiMn₂O₄材料的制备方法主要有1200℃左右高温固相反应法，溶剂热联合后续氧化处理的方法，合成较为复杂。

针对以上问题，我们创新性的将电化学离子交换法应用于电极材料的制备，提出一种时间短，温度低，操作简单，无污染的高性能电极材料的制备方法，并通过该制备方法制备出一种新的复合结构NiMn₂O₄/Mn₃O₄的作为电极材料。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种具有优良电化学性能且成本低，可大规模生产制备，且制备较为简单的电化学离子交换法制备电极材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明是按如下步骤实现的：

步骤一.将泡沫镍超声清洗，恒温干燥。