[发明专利]一种锰掺杂氢氧化镍复合材料的制备方法及其应用

说明书

一种锰掺杂氢氧化镍复合材料的制备方法及其应用，属于超级电容器领域。本发明的目的是为了缓解氢氧化镍在电化学充放电中发生相变容易脱落的问题，将镍基材料和锰基材料溶解在蒸馏水中，待搅拌混合均匀后加入六次甲基四胺，继续搅拌至溶液呈淡绿色；将淡绿色溶液转移至水热釜内衬中，100℃加热保持2h，瞬间冷却至室温，过滤得沉淀，蒸馏水多次离心洗涤沉淀，烘干即得到锰掺杂氢氧化镍。本发明制备的锰基氢氧化镍电极材料具有非常薄的片层结构，NiO₂层厚度在2‑10nm之间。层间距可高达0.8nm，有利于夹层中水分子和阴离子迁移，可提高容量。本发明的制备方法具有制备简单，用时短，成本低，结构可控，绿色环保等特点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种锰掺杂氢氧化镍复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着超级电容器作为城市公交的混合动力，人们对超级电容器的能量密度和循环稳定性提出了更高的要求。针对超级电容器而言，商业化的活性炭组成的对称型超级电容器的能量密度已经难以满足要求，发展新型电池型超级电容器的负极材料已经迫在眉睫。Ni(OH)₂是最理性的电池型超级电容器的负极材料，具有非常高的理论比容量，价格便宜，对环境友好等优点。虽然制备Ni(OH)₂材料的方法和表征技术有很大的进步，但制备得到的α-Ni(OH)₂·xH₂O材料实际由大量的α-Ni(OH)₂和少量的β-Ni(OH)₂中NiO₂片层平行于晶体ab平面堆叠形成。一般情况，α相的层间距约为β相的层间距为在碱性溶液中放置时间久或者过充都会使得α型氢氧化镍转变成结构稳定的β型。且材料在充放电过程中发生的相转变使得层间距与体积变化较大，经过多次充放电后电极材料容易从集流体上脱落；此外，由于Ni(OH)₂是p型半导体，电子导电性很差。这几个问题制约了氢氧化镍材料的商业化生产和发展。

在众多的原材料和制备方法中，缓解相转变引起的体积变化以提高循环稳定性可以通过掺杂其他高价过渡金属离子或剥离层以增加其比表面积。锰离子的取代不仅改变了氢氧化镍的局域电子构型，且增加了新的杂质能级以提高其导电性，还会改变层堆积序列，产生新的位错减少α相向β相的转变。对锰掺杂氢氧化镍而言，合理的掺杂水平能够有效改善其循环过程中层间距的变化，从而影响其循环性能。通过简单的比例，温度，反应时间在原子水平调控材料的结构为氢氧化镍材料的电极设计方面提供了良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了缓解氢氧化镍在电化学充放电中发生相变容易脱落的问题，提供一种锰掺杂氢氧化镍复合材料的制备方法及其应用。

本发明制备的超薄片层电极复合材料具有“三明治”结构，良好的倍率性能和优异的循环稳定性能，并且制备方法简单，时间短，可控性高，对其材料的产业化应用具有重要的意义。锰的掺杂可以改变层间位错和电子排布结构，进而得到高导电性，结构稳定的锰掺杂氢氧化镍复合材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种锰掺杂氢氧化镍复合材料的制备方法，所述方法具体如下：

步骤一：将镍基材料和锰基材料溶解在蒸馏水中，待搅拌混合均匀后加入六次甲基四胺，继续搅拌至溶液呈淡绿色；

步骤二：将淡绿色溶液转移至水热釜内衬中，100℃加热保持2h，瞬间冷却至室温，过滤得沉淀，蒸馏水多次离心洗涤沉淀，烘干即得到锰掺杂氢氧化镍。

一种上述制备的锰掺杂氢氧化镍复合材料的应用，所述锰掺杂氢氧化镍复合材料用作超级电容器的电极材料。

本发明相比于现有技术的有益效果为：

1、本发明制备的锰基氢氧化镍电极材料具有非常薄的片层结构，NiO₂层厚度在2-10nm之间。