[发明专利]一种二氧化锰/碳复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种二氧化锰/碳复合电极材料的制备方法。本发明所述制备方法包括下述步骤：1.将碳材料放入含糖混合溶液进行表面处理，使糖分子在其表面充分吸附；2.将表面处理后的碳材料进行热处理，使其表面的糖部分发生脱水缩聚、熔融和固化，得到表面均匀分布有羟基的碳材料；3.将表面均匀分布有羟基的碳材料与高锰酸根和/或锰酸根反应，得到二氧化锰/碳复合电极材料。本发明通过在碳材料表面包覆并固化糖，并使其与高锰酸根和/或锰酸根在碳材料表面发生原位氧化还原反应生成二氧化锰，从而使复合材料中的二氧化锰与碳材料两种组分充分接触以改善材料的电子电导性，提高材料的电容性能。本发明制备工艺和设备要求简单，便于工业生产。

技术领域

本发明涉及一种二氧化锰/碳复合电极材料的制备方法；属于电化学技术领域。

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。

决定电容器电化学性能最重要的因素在于其所用的电极材料。目前，广泛用作超级电容器电极活性物质的材料包括碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物材料。在过渡金属氧化物中，氧化钌是一种电化学性能优异的电极材料，在硫酸水溶液的电解液体系中具有较高的比容量、良好的导电性和稳定性。然而，它的成本高，具有毒性，而且电解液具有腐蚀性，易污染环境。这些缺陷使其难以实现大规模的商业化推广应用，只能在某些国防领域有所运用。相对于氧化钌这样的贵金属氧化物而言，MnO₂、NiO、FeO_x、V₂O₅等贱金属氧化物由于价格低廉，资源丰富，具有推广应用的前景广阔。在这些氧化物中，MnO₂的理论比电容量能达到1370F g^-1，其作为电极材料可在中性水系电解液中表现出良好的电化学特性且电位窗口较宽，是一种很有潜力的电极材料。

然而，纯二氧化锰的电子电导性差(一般10^-4-10^-6S cm^-1)导致其比电容和倍率特性都难以令人满意而无法推广应用。为了获得理想的电容材料，将二氧化锰与具有良好电子电导特性的碳材料复合是最近研究的热点，即通过碳材料提供较高的电活性面积和可靠的导电路径来提高MnO₂的性能。所制备的二氧化锰与各种碳材料，包括活性炭(AC)、碳纳米管、介孔碳、炭黑、石墨烯等的复合材料均展现出了较好的电容性能。目前所涉及的制备方法主要包括粉体共混，在水溶液中通过氧化还原法制备二氧化锰时加入碳材料，在碳材料基体上通过气相沉积负载二氧化锰或通过气相沉积制备碳纤维或碳纳米管阵列后再通过电化学法在这些碳材料表面沉积二氧化锰等。通过粉体共混，以及在化学法制备二氧化锰时向溶液中加入碳材料的方法难以保证所得复合材料中二氧化锰与碳材料的充分接触，影响材料电容性能的发挥。而气相沉积法则在制备成本上尚有不足。为了能够使制备出的复合材料中二氧化锰与碳材料能够充分接触，首先将碳材料在含氧酸中进行氧化并与二价锰嫁接后再与高锰酸钾等反应是一种有效的方法，但该方法仍然有制备工艺相对复杂，制备过程中的强酸高压反应环节对设备要求苛刻等不足。因此，寻求新的材料制备方法以克服上述问题是很有必要的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种工艺设备要求简单，成本低廉、二氧化锰分散均匀且与碳材料接触充分的二氧化锰/碳复合电极材料的制备方法。

本发明一种二氧化锰/碳复合材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤一