[发明专利]超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种超级电容器电极材料的制备方法，具体的是涉及一种超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法。

背景技术：

超级电容器是一种新型的储能元件，因其容量大、可大电流快速充放电、循环寿命持久等优点，被广泛的应用于启动电源、脉冲电源、军事、移动通讯装置、计算机以及电动汽车等研究领域中。按照储能机理的不同，超级电容器可分为以下三种：双电层电容器、法拉第赝电容和混合超级电容器。

双电层电容器主要是通过在电极/电解质之间的界面上所形成的双电层来储能，该类电容器具有很高的功率密度和极好的循环性能。

法拉第赝电容器，主要是通过在电极的表面或体相中的二维空间发生快速可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应来储能，该反应的特点是有法拉第电流产生，其理论比电容和能量密度比双电层电容器高出 10~100倍。

混合型超级电容器的两个电极分别采用不同的储能机理，其中一个电极选用赝电容类或二次电池类电极材料，另一电极选用双电层电容类碳材料。混合超级电容器主要以金属氧化物作正极材料，碳材料作负极材料。电极材料是直接影响超级电容器的主要性能指标。最初用作阳极材料的金属氧化物材料主要采用氧化钌（RuO₂）或氧化铱（IrO₂）等贵金属氧化物。RuO₂制作的薄膜电极，其比电容可达到为760 F/g，但其昂贵的价格、环境污染大等缺点限制了其广泛应用。二氧化锰（MnO₂）具有与 RuO₂相类似的功能，且其资源丰富、无毒、易制备、对环境友好等优点成为替代贵金属的备选材料之一。

目前制备MnO₂的方法主要有水热法、液相沉积法、高温固相法等，但大多数方法制备得到的MnO₂作为超级电容器正极材料性能欠佳，主要存在放电比电容量低、循环稳定性差等问题。这就限制了MnO₂在超级电容器产业中的大规模应用。

发明内容：

为了改善MnO₂电极材料放电比电容量低、循环稳定性较差等问题，本发明设计了一种能够简单、快速的合成超极电容器电极材料MnO₂的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

超级电容器电极材料二氧化锰的制备方法：

（1）分别取原料吡咯（使用前减压蒸馏提纯）和高锰酸钾，吡咯与高锰酸钾的摩尔比在1:0.5-1:1；

（2）将所取吡咯单体分散溶解到水中，充分搅拌，得到溶液A；吡咯与水的体积比为1:25-1:50；

（3）将所取高锰酸钾溶于水,得到溶液B；所得溶液B的体积是溶液A体积的2-3倍；

（4）将溶液B缓慢加入到溶液A中，在0~5℃温度条件下搅拌反应6-12小时；

（5）过滤反应液得到固态粉末状产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，直至滤液为无色； 

（6）将洗涤后的固态粉末状产物于50-80 ℃干燥12-24小时，即得电极材料MnO₂粉末，用于制备超级电容器正极材料。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、用本发明的方法制备得到的MnO₂电极材料为粉末状无定形态材料，不仅具有较高比电容，同时具有良好的电化学稳定性，是一种优良的超级电容器正极材料。

2、本发明MnO₂的制备方法简单、快速，解决了MnO₂在超级电容器产业中的大规模应用难的问题。

附图说明：

图1为a、b、c、d分别为不同原料比例合成的MnO₂图谱；e为标准MnO₂ 图谱。

图2为a、b、c、d样品的IR曲线。

图3为MnO₂的SEM照片；

其中3(a)为分辨率15KV*20000/10um的MnO₂的SEM照片；3(b)为分辨率15KV*1000/1um的MnO₂的SEM照片。

图4为MnO₂的TEM照片。

其中4(a)为放大2万倍的图片；4(b)为放大3万倍的图片。

图5为超级电容器的循环充放电图。

图6为超级电容器循环1000次过程中的库伦效率图。

图7为MnO2电极材料的比电容随循环次数的变化图。