[发明专利]用于锂离子超级电容器的T-Nb2

说明书

本发明公开了一种用于锂离子超级电容器的T‑Nb₂O₅/蛋清碳复合材料及其制备方法，将铌酸铵草酸盐水合物加入到水中，搅拌后加入到蛋清中，滴加稀盐酸后继续搅拌溶液至乳白色，水热反应，过滤后冷冻干燥，然后在氮气气氛中进行退火，最后经清洗、干燥、研磨，得到所述的电极材料。该材料可以有效的缓解Nb₂O₅纳米粒子的堆叠团聚，从而增大材料的有效比表面积及活性材料的利用率；富含氮氧元素的蛋清高温退火后生成的碳材料能够提高复合材料的润湿性和导电性；多孔结构有利于促进离子在电极内部快速传输和扩散，从而提高电极材料的倍率性能和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子超级电容器电极材料技术领域，具体涉及一种用于锂离子超级电容器的多孔T-Nb₂O₅/蛋清碳复合电极材料及制备方法。

背景技术

由于对可再生清洁能源的迫切需求，电化学能源存储设备备受关注并被广泛的研究。在所有的电化学能源储存设备中，超级电容器和锂离子电池是两种备受青睐的能源存储系统。超级电容器（双电层电容器）通过电极表面快速稳定的电荷吸附/脱附而具有较高的功率密度，但受限于电极材料的比表面积导致其能量密度通常较低。对于锂离子电池，由于锂离子可以嵌入到电极材料内部从而产生较高的能量密度，但较慢的锂离子扩散动力导致其功率密度和循环寿命不尽人意。锂离子超级电容器（LISC）是一种有前景的能源储存设备，可充分利用超级电容器和锂离子电池的优势。简单来说，LISC是由支持快速可逆的锂离子嵌入/嵌出特性的电池型正极材料和表现出电荷吸脱附性能的电容型负极材料组装而成。在两种电容储存机制的协同作用下，LISC的功率密度、能量密度和循环寿命均得到明显的改善。然而，LISC的整体性能受限于电池型电极较慢的氧化还原反应，从而功率密度有限。因此，对于组建超高性能的LISC，寻找和开发有前景的高倍率性能的电极材料是极其重要的。

Nb₂O₅因其理论电容高达200 mAh/g，同时能够与电极表面的锂离子发生可逆的赝电容反应而产生较高的功率密度而备受关注。其独特的锂离子赝电容特性能够确保Nb₂O₅拥有出色的动力学—锂离子能够快速嵌入电极材料而不产生任何晶相转变，从而具有较好的循环稳定性。然而，Nb₂O₅电极的应用受限于其较低的导电性和离子扩散速率。近年来，研究者们做出了大量努力来克服这些困难，如复合导电材料、掺杂异质元素以及纳米化结构设计等。然而，这些合成方法存在以下问题：严苛的实验合成条件、Nb源前驱体的低效利用性及特殊的辅助设备。因此，寻找高效、简单的方法合成纳米结构Nb₂O₅以及Nb₂O₅复合材料仍面临诸多挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于锂离子超级电容器的多孔T-Nb₂O₅/蛋清碳电极材料及制备方法。

为解决以上技术问题，本发明提供了所述多孔T-Nb₂O₅/蛋清碳电极材料的制备方法，该方法是将铌酸铵草酸盐水合物（C₄H₄NNbO₉·xH₂O；99.99%）置于蛋清中进行水热反应，过滤后冷冻干燥，然后在氮气气氛中进行退火，最后经清洗、干燥、研磨，得到用于锂离子超级电容器的多孔T-Nb₂O₅/蛋清碳电极材料，具体步骤如下：

1）蛋清预处理：将蛋黄去除，搅拌均匀后待用。