[发明专利]一种高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极的制备方法

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极的制备方法。所述制备方法为：首先将硫酸锰与水溶性结构稳定剂溶解于硫酸水溶液形成混合溶液，所述水溶性结构稳定剂的金属阳离子的半径为1～1.52×10^‑10m；然后选用表面清洁干净的碳质材料作为阳极，以步骤一所得混合溶液作为电解液，在15℃以下，在阳极进行氧化电化学沉积二氧化锰，得到半成品，进行阳极氧化电化学沉积时，控制阳极电势大于或等于0.14V；接着将半成品置于含有水溶性结构稳定剂的溶液中，于120‑200℃进行水热反应，得到所述高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极。本发明制备工艺简单、所得产品性能优良，便于产业化生产。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极的制备方法。

技术背景

超级电容器是一种介于电池与传统静电容器之间的新概念能量储存器件，与铝电解电容器等传统静电电容器相比，超级电容器具有更高的比电容，可存储的能量密度为传统静电电容器的10倍以上；而与电池相比，超级电容器具有更大的功率密度，且具有充放电效率高、循环寿命长等特性。由于具有以上诸多的优越性，超级电容器技术的开发一直受到学术界、产业界和军事部门的普遍重视，并逐渐在电子仪器后备电源以及火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船空间站等的点启动点火电源方面得到应用，其中启动点火用的超大功率电容器可提供MW级的特大启动功率。

与电池相比，超级电容器所面临的主要问题是能量密度比较低。为了提高超级电容器的性能，即在提高比能量的同时保持其大比功率等优势，围绕具有双电层电容和法拉第赝电容行为的过渡金属氧化物电极的研究备受关注。RuO₂为Z作为超级电容器电极材料不仅能够实现大功率充放电，同时质量比能量也比较高，但其成本高而难以在民用行业获得商业推广。为了寻求廉价的超级电容器电极材料，围绕NiO、Co₃O₄、V₂O₅、MnO₂等过渡金属氧化物材料的制备和电化学性能研究相继展开。其中MnO₂由于具有理论比电容高，资源丰富等优点被受重视。但由于材料的电子导电性差等原因，实际合成的MnO₂比电容都不高。为此，人们主要将该材料与适宜的碳材料进行复合，通过碳骨架来提供电极材料内部的电子通道，从而改善整个电极的电子电导性能。但大部分的研究都是首先制备成粉体形态的碳/二氧化锰复合材料，再将这些粉体材料与粘结剂混合后涂附于集流体上制备电极，这就容易造成电极活性物质与集流体之间接触不良而影响电极的充放电性能。此外，通过电解硫酸锰溶液在不同的碳骨架表面制备二氧化锰，从而制备不含粘结剂、自支撑的二氧化锰/碳复合电极是目前的研究热点，但从报道的情况来看，这些研究工作的重点都主要集中在如何制备不同的碳骨架上，没有对碳骨架表面二氧化锰自身机构进行控制，主要是在采用常规电解二氧化锰的制备工艺方法在碳骨架上制备二氧化锰，即主要是通过在常温下电解二氧化锰水溶液γ型二氧化锰。显然，由于γ型二氧化锰的内部隧道结构为1×2或1×1型隧道，这不利于电极材料在充放电过程中荷电平衡离子的传递，影响材料的电容性能。

发明内容

本发明的目的是要提供一种高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极的制备方法。

本发明一种制备高容量自支撑二氧化锰/碳复合电极的方法，包括下述步骤：

步骤一

将硫酸锰与水溶性结构稳定剂溶解于硫酸水溶液形成混合溶液；所述水溶性结构稳定剂为带有金属阳离子的硫酸盐；所述金属阳离子的半径为1～1.52×10^-10m；

步骤二

选用表面清洁干净的碳质材料作为阳极，以步骤一所得混合溶液作为电解液；在15℃以下，在阳极进行氧化电化学沉积二氧化锰，得到半成品；进行阳极氧化电化学沉积时，控制阳极电势大于或等于0.14V，所述阳极电势是相对于硫酸亚汞电极的电势；

步骤三