[发明专利]一种钴锰硫化物材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种钴锰硫化物材料的制备方法，以可溶性钴盐、可溶性锰盐、硫化剂为原料，通过一步水热法制得钴锰硫化物材料；本方法具有工艺简单，易于实现量产等优点；本发明还公开了一种钴锰硫化物材料，该材料的活性物质为钴锰硫化物，钴锰硫化物的Co含量为23‑27%，Mn含量为13‑16%，S含量为32‑38%；本发明还公开了上述钴锰硫化物材料作为超级电容器电极材料的应用，应用时该材料表现出高比电容，当电流密度为1 A·g^‑1时比电容为2475 F·g^‑1。

技术领域

本发明涉及金属硫化物材料技术领域，具体涉及一种钴锰硫化物材料及其制备方法，以及将这种材料用作超级电容器电极材料的技术。

背景技术

人类的生产生活对化石燃料的过度使用，使得二氧化碳等温室气体大量排放，引发了一系列全球性的环境问题。为了克服这些问题，许多科研人员投入到可再生清洁能源（生物燃料、风能、太阳能、潮汐能、氢能等）的开发与应用中来。然而，由于气候和地理条件的限制，导致能被人类所利用的清洁能源十分有限。于是，通过电化学能源储存技术来储存清洁能源所产生的电能以供后续使用被认为是最有前途的一种方式之一。锂离子电池、超级电容器等电化学储能技术在过去几年由于其广泛的应用，成为商业便携式设备（智能电话、平板电脑、手提电脑、录像机）、混合动力电动汽车与插电混合电动汽车（HEV/PHEV）的主要能量来源。其中超级电容器因其充放电速度快、储能密度高、循环寿命长、工作温限宽等优点而日益受到关注。

电化学超级电容器由于其较高的能量密度、较快的充放电速率以及优异的循环性能等特点，使得对于超级电容器的研究日益火热。超级电容器主要包括：集流体、电解质、电极和隔膜。其中，超级电容器电极材料的结构和特性是决定超级电容器性能的关键。因此，研发高性能的超级电容器电极材料具有重要的意义。

过渡金属硫化物作为超级电容器赝电容材料之一，因其具有较多的氧化还原位点、优异的电化学性能及良好的导电性等优点，成为研究较多的材料。但是倍率性能差、循环寿命低等缺点严重阻碍了这类材料的发展与应用。因此，如何提高过渡金属硫化物的电化学性能成为了要解决的首要问题。鉴于前人工作，试图在硫化锰中通过引入金属钴离子，制备Co-Mn双金属硫化物及其复合材料来提升其导电性能，利用双金属协同作用改善其电化学性能。

目前钴锰基化合物无论是粉末状还是阵列，都取得了许多高质量的成果，但是材料体系绝大多数还集中在钴锰氧化物和氢氧化物，钴锰双金属硫化物的制备报道还较少。钴锰硫化物作为双金属硫化物的一种，相对于单金属硫化物具有更高的比电容、更好的导电性以及更长的循环寿命。此外，相比于氧原子，硫原子具有更低的电负性，生成的硫化物具有更好的结构稳定性和电化学性能，通过硫元素对氧元素的取代可以增强电极材料的导电性和电化学活性。于是，探索钴锰硫化物制备及其电化学特性则十分重要。