[发明专利]一种在基材表面直接生成二氧化锰的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学技术领域，涉及一种在基材表面直接生成二氧化锰的制备方法。

背景技术

对于超级电容器的电极材料，不仅要求其具有高比容量，而且还要求低内阻以实现大电流快速充放电的要求。MnO₂在自然界的丰度较高，价格低廉，制备工艺简单，是发展电化学电容器极具潜力的电极材料，近年来已成为人们的研究热点。

氧化锰电极的制备方法主要有两种，一种方法是通过化学或物理法制备氧化锰粉末，与粘结剂及导电添加剂充分混合后，通过涂覆或压片制成电极。另一种方法是采用溶胶凝胶、电沉积、化学气相沉积、真空溅射等方法直接在金属基体材料表面生成氧化物薄膜。MnO₂在水系电解质中的理论电容值可以达到1000F/g以上，但采用前种方法制备的电极由于氧化锰的利用率低，与基体结合不牢，接触电阻大，因而产生的实际电容要远远低于理论值，例如以水合氧化锰制备的电极在盐溶液的比电容仅为100～200F/g。采用后一种方法直接沉积在金属基体材料表面得到的氧化锰薄膜电极电容值可以达到700F/g左右，但仅限于担载量较低的极薄层材料，尽管极薄层二氧化锰性能较好，但由于担载量小，体积比容量过低，难以实现商业化应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种在基材表面直接生成二氧化锰的制备方法，通过将三维泡沫电极基体放入含有可溶性二价锰盐和含氧酸盐氧化剂的溶液中，恒温水浴50～80℃下进行化学沉积，使氧化锰直接在三维骨架上生长形成三维结构的薄膜。由于电极制备中不使用有机粘结剂，且形成的电极为三维结构，担载量大，因而具有体电阻小、电容量高、循环性能好的优点。其技术方案为：

一种在基材表面直接生成二氧化锰的制备方法，包括以下步骤：

(1)基材的预处理

基材为泡沫镍、泡沫铜、泡沫碳、活性碳纤维中的一种；将基材放入0.1M盐酸溶液中超声60分钟去除基材表面的杂质，用清水反复清洗后放入60℃干燥箱中烘干备用；

(2)溶液配制

配制含有氧化锰前驱物MnCl₂和氧化剂NaBrO₃的混合溶液，其中MnCl₂浓度为0.01～0.1M，NaBrO₃浓度为0.4M；

(3)二氧化锰制备

将以步骤(1)处理后的基材浸入步骤(2)配制的溶液中，在水浴中加热进行反应；水浴温度为50～80℃，加热时间控制在2～12h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以锰的可溶性盐为前驱体，以含氧酸盐为氧化剂，在三维基材表面直接生成二氧化锰电极材料。采用本技术一次成型制备的二氧化锰电极无需采用粘合剂，具有体电阻小的特点，形成的二氧化锰为三维结构，有利于溶液离子的扩散。担载量大，因此具有电容量高、循环性能好的优点。

附图说明

图1为实施例1的二氧化锰表面的扫描电镜图；

图2为实施例2的二氧化锰表面的扫描电镜图；

图3为实施例3的二氧化锰表面的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

(1)将泡沫镍基材放入0.1M盐酸溶液中超声60分钟去除基材表面的杂质，用清水反复清洗后放入60℃干燥箱中烘干备用；

(2)配制含有氧化锰前驱物MnCl₂和氧化剂NaBrO₃的混合溶液，其中MnCl₂浓度为0.02M，NaBrO₃浓度为0.4M；

(3)以步骤(1)处理后的基材浸入步骤(2)配制的溶液中，在水浴中加热进行反应。水浴温度为60℃，加热时间控制在10h。

所制备的二氧化锰三维电极材料如图1所示。

实施例2

(1)将泡沫镍基材放入0.1M盐酸溶液中超声60分钟去除基材表面的杂质，用清水反复清洗后放入60℃干燥箱中烘干备用；

(2)配制含有氧化锰前驱物MnCl₂和氧化剂NaBrO₃的混合溶液，其中MnCl₂浓度为0.04M，NaBrO₃浓度为0.4M。

(3)以步骤(1)处理后的基材浸入步骤(2)配制的溶液中，在水浴中加热进行反应。水浴温度为70℃，加热时间控制在4h。

所制备的二氧化锰三维电极材料如图2所示。

实施例3