[发明专利]一种氧化镱@C复合双壳层空心球材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化镱@C复合双壳层空心球材料及其制备方法，其制备方法如下：1)以二氧化硅微球作为模板，将二氧化硅微球与去离子水的混合液超声处理，得到均匀的二氧化硅微球分散液；2)在磁力搅拌下，向二氧化硅微球分散液中加入碳源，搅拌分散均匀得到混合液，然后将镱源缓慢加入到混合液中，继续搅拌均匀，再加入氟化铵，搅拌均匀，倒入水热反应釜中进行水热反应，反应结束后所得产物经洗涤、烘干后进行煅烧得到氧化镱@C复合双壳层空心球材料。本发明提供的氧化镱@C复合双壳层空心球材料粒径均一，根据其制备得到的电极材料具有优良的电化学性能。

技术领域

本发明属于以电极中材料组成或构成的结构特点为特征的电极技术领域，具体涉及一种氧化镱@C复合双壳层空心球材料及其制备方法。

背景技术

随着工业化的发展，环境问题和能源危机问题日益突出，世界各国的科研工作者都在致力于如太阳能电池，超级电容器以及锂电池等一系列新能源材料的能量转换和储能器件的开发和生产工作，期望得到较为理想的环保，安全，经济可行且功率密度高，能量密度高，循环寿命长的电池。超级电容器的开发和生产过程中，高性能电极材料的开发是超级电容器研发的重点。

目前用于制造超级电容器电极的材料主要有三种：碳材料，金属氧化物材料和导电聚合物材料。碳材料具有较高的比表面积，良好的导电性和稳定性，与单孔隙碳材料相比，分层多孔碳球具有不同尺度的孔形成孔径通道，有效地促进了电解质扩散到材料中，但碳材料电容和能量密度相对较低。金属氧化物材料目前主要有贵金属氧化物和过渡金属氧化物，其研究是基于法拉第准电容储能原理，即氧化物电极表面及体相发生的氧化还原反应而产生的吸附电容，其电容量远大活性碳材料的双电层电容。但是金属氧化物材料在电化学测试过程中容易发生体积膨胀效应，从而导致循环性能不佳。超级电容器电极用导电聚合物材料由于分子链上刚性共轭双键结构和分子间强范德华力作用，使其通常不熔化不溶解，加工性能差，限制了其使用和推广。因此，开发具有高电容量，循环稳定性好的超级电容器电极材料是当前亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种具有优良的电化学性能的氧化镱@C复合双壳层空心球材料、其制备方法，以及以该氧化镱@C复合双壳层空心球材料作为负极材料制备得到的超级电容器。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种氧化镱@C复合双壳层空心球材料，其制备方法如下：

1)以二氧化硅微球作为模板，将二氧化硅微球与去离子水的混合液超声处理，得到均匀的二氧化硅微球分散液；

2)在磁力搅拌下，向步骤1)所得二氧化硅微球分散液中加入碳源，搅拌分散均匀得到混合液，然后将镱源缓慢加入到混合液中，继续搅拌均匀，再加入氟化铵，搅拌均匀，倒入水热反应釜中进行水热反应，反应结束后所得产物经洗涤、烘干后进行煅烧得到氧化镱@C复合双壳层空心球材料。

按上述方案，步骤1)所述二氧化硅微球粒径为160～250nm。

按上述方案，步骤1)所述二氧化硅微球分散液浓度为(1.6～1.7)×10^-3g/mL。

按上述方案，步骤2)所述碳源为葡萄糖，所述碳源与二氧化硅微球分散液中二氧化硅微球的质量比为6～12：1。

按上述方案，步骤2)所述镱源为硝酸镱五水合物，所述碳源中C元素与镱源中Yb元素摩尔比为45：1。

按上述方案，步骤2)所述氟化铵与二氧化硅微球分散液中二氧化硅微球的质量比为1：0.4～0.5。加入氟化铵的作用在于反应除去二氧化硅模板。

按上述方案，步骤2)所述水热反应条件为：150～180℃反应24～48h。

按上述方案，步骤2)所述煅烧条件为：氩气氛围下以2℃/min的升温速率升温至500～800℃煅烧2～3h。