[发明专利]一种超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料和化学电源领域，更具体地，涉及一种超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

超级电容器，又称为电化学电容器，是介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件。与传统电容器相比，超级电容器具有更高的比电容量和比能量，有更高的工作温度范围和极长的使用寿命；与蓄电池相比，它具有更高的比功率，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应及基本无维护且对环境无污染等特点。这种超级电容器在通讯市场、计算机市场、新能源汽车、消费电子、军用设备等领域有广阔的应用前景。

超级电容器的电容主要由两方面构成，以电极/溶液界面上的双电层为基础的双电层电容和以界面法拉第反应为基础的赝电容。其中，双电层电容电极材料主要是比表面积大的碳材料，如活性炭、石墨烯等，赝电容电极材料主要依赖过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物等。由于碳材料的存储机理所限，基于石墨烯纳米材料的超级电容器的电容性能并不令人满意。与双电层电容相比，法拉第赝电容的比电容是前者的10-100倍，但大电流放电的功率特性及循环寿命等电化学特性并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低的超级电容器电极材料的制备方法。

本发明提供了一种超级电容器电极材料的制备方法，包括下述步骤：

S1：制备纳米棒前驱体粉末

将过渡金属盐与尿素或氢氧化钠溶液混合均匀并在水热反应釜中加热后保温至反应完成，冷却、清洗并干燥后获得纳米棒前驱体粉末；

S2：制备电极材料

以去离子水为溶剂将所述纳米棒前驱体粉末与硫源混合均匀并在所述水热反应釜中加热后保温至反应完成，冷却、清洗并干燥后获得纳米管状电极材料。

更进一步地，步骤S1中所述过渡金属盐为氯化钴、氯化锌或硫酸锰。

更进一步地，步骤S1中所述水热反应釜的保温温度为80～200℃。

更进一步地，步骤S1中所述水热反应釜的保温时间大于7小时。

更进一步地，步骤S2中所述硫源为Na₂S·9H₂O或(NH₄)₂S溶液。

更进一步地，步骤S2中所述水热反应釜的保温温度为100～250℃。

更进一步地，步骤S2中所述水热反应釜的保温时间大于5小时。

更进一步地，步骤S2中所述纳米棒前驱体粉末与Na₂S·9H₂O的摩尔质量比为1∶1～1∶10。

在本发明中，先采用水热法制备纳米棒前驱体；再将所述的前驱体与硫源混合，水热反应获得电极材料。水热反应条件下采用硫化钠作为硫源，而不是水热反应时生成大量硫化氢气体的硫尿素或硫粉作为硫源，反应过程更安全环保，并且工艺简单，容易大规模生产；另外该方法制备出的过渡金属硫化物纳米管的管径均匀、可控，产率高；且采用本发明实施例提供的方法所制备的过渡金属硫化物纳米管电极材料具有优异的电化学性能，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例提供的超级电容器电极材料的制备方法的实现流程图；

图2是本发明实施例1的硫化钴纳米管的SEM图片；

图3是本发明实施例1的电极材料在10mV/s的扫描速率下的循环伏安图；

图4是硫化钴纳米管电极材料在0.5A/g的电流密度下的恒流充放电曲线图；

图5是在0.5A/g的电流密度下硫化钴纳米管电极材料的比电容随反应温度变化的曲线图。

图6是实施例1的硫化钴纳米管电极材料的循环寿命曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的超级电容器电极材料的制备方法的实现流程；具体包括下述步骤：

S1：制备纳米棒前驱体粉末

将过渡金属盐与尿素或氢氧化钠溶液混合均匀并在水热反应釜中加热后保温至反应完成，冷却、清洗并干燥后获得纳米棒前驱体粉末；

S2：制备电极材料

以去离子水为溶剂将所述纳米棒前驱体粉末与硫源混合均匀并在所述水热反应釜中加热后保温至反应完成，冷却、清洗并干燥后获得纳米管状电极材料。