[发明专利]一种松果状MnO2

说明书

本发明涉及超级电容器，特指一种松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料及其制备方法。首先通过碳化制备出碳泡沫，然后再水热反应生成MnO₂球/泡沫碳复合材料，该复合材料作为超级电容电极材料表现出优异的电化学性能，且制备工艺简单，在超级电容器储能领域具有很大的应用。

技术领域

本发明涉及超级电容器，特指一种松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料及其制备方法。首先通过碳化制备出碳泡沫，然后再水热反应生成MnO₂球/泡沫碳复合材料，该复合材料作为超级电容电极材料表现出优异的电化学性能，且制备工艺简单，在超级电容器储能领域具有很大的应用。

背景技术

全球经济的快速发展、化石燃料的枯竭以及环境污染的加剧，促使人们对环保、高效能源存储器件的需求增加。在众多能源存储器件中，超级电容器因其长循环寿命、高功率密度和低成本而成为人们研究的热点。

泡沫碳是一种轻质多孔材料，具有由无定形碳组成的三维网状形貌。泡沫碳作为一种有前景的超级电容器电极材料，具有良好的化学稳定性、密度低、电导率大、成本低等优点。Min和Chen等研究了碳泡沫的前驱体对孔结构的影响，聚氨酯泡沫体作为一种具有低相对分子质量，窄相对分子质量分布的原料，可以形成优良的孔结构，用于沥青基碳泡沫(]Min Zhenhua，Cao Min，Zhang Shu， et al.Effect of precursor on the porestructure of carbon foams[J].New Carbon Materials，2007，22(1):57-59；ChenChong，Elliot Kennel B，Stiller Alfred H，et al.Carbon foam derived from variousprecursors[J].Carbon，2006，44(8):1535-1543.)。这些研究为碳泡沫的结构控制建立了坚实的理论和实验基础。基于三聚氰胺(蜜胺)泡沫是一种碱性三聚氰胺甲醛树脂经过特殊工艺微波发泡制成的纳米级三维网状交联结构的软质热固性泡沫塑料，由于三聚氰胺泡沫由三维网状开孔结构构成和高开孔率(开孔率高达99.9％)，所以这种泡沫碳较为适合作为电极材料。然而，泡沫碳本身作为电极材料所具有较低的比电容制约了泡沫碳在超级电容器领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有稳定的3D/3D复合形貌，并能解决泡沫碳单体和MnO₂单体导电性和比电容低问题的松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料。所得产品是一种结构稳定并具有良好电化学性能的纳米复合材料。

本发明中的松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料具有稳定的结构。松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料尺寸均匀，松果状MnO₂球由较小的球状聚合而成，直径为 10um，泡沫碳直径为4um。如图1所示。

本发明中的松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料相比于泡沫碳单体，电化学性能显著提升。通过电压范围为-0.9到-0.2V，扫描速率为20mV/s到80mV/s的CV 循环测试中，在20mV/s的扫描速率下，比容量达到了185.6F/g。如图2所示。

实现本发明所采用的技术方案为：

松果状MnO₂球/泡沫碳复合材料，该方法具有工艺简单、成本低廉等特点，所得的三维的松果状MnO₂球均匀分散在三维泡沫碳上，在超级电容器中，表现出优良的电化学性能，制备步骤如下：

(1)将三聚氰胺(密胺)泡沫塑料切成1cm×2cm×2cm的块状，并用去离子水和乙醇洗涤三次。在真空烘箱中干燥之后，将三聚氰胺(密胺)泡沫塑料块放入管式炉中，在氮气氛围中以一定升温速率a，升温至设定温度b并保温，然后再以一定的升温速率c升温至设定温度d并保温，自然冷却后将样品收集，得到泡沫碳。