CN103545117B - 一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法，其特征在于，复合材料包括复合金属氧化物ZnMxOy（M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x与y比值为1：1～1：4）和活性炭，其制备步骤如下：（1）含有M的金属盐溶液里加入活性炭分散液，得到混合液，活性炭质量为M质量的10～60%；（2）步骤（1）的混合液持续搅拌，加入含有Zn的金属盐溶液，在温度60～80℃反应2～8h；含Zn与M的金属盐的物质的量比为1：2～1：7；（3）步骤（2）得到的产物洗涤、干燥至恒重，作为复合材料前驱体，前驱体在500～900℃反应1～6h，得到复合材料。原料来源广泛，制备工艺简单。可以作为超级电容器的电极活性物质。

Description

一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法，属于新能源领域。
背景技术
能源危机和环境污染的日趋严重，促进了节能及新能源汽车的不断发展。作为节能及新能源汽车的核心部件之一的动力电池，受到各个车企的关注。目前所用的动力电源能量密度较低，汽车续驶里程短；功率密度较小，汽车启动、爬坡及加速性能差；重量体积大，安装不便；使用寿命短，不能与整车相同；电池造价高，整车综合成本居高不下；工作温度范围窄，适应差；充电时间长，配套设施投入大。这些原因阻碍了动力电池在节能及新能源汽车上的大规模应用。为了改变现状，除了对电池器件的结构进行研究外，人们对关键材料进行了开发研究。
复合金属氧化物是二种及以上的金属掺杂复合形成的储能材料，具有高的比容量。锰酸锌复合金属氧化物已被应用于锌离子电池正极（申请号200910188791.4）、锂离子电池负极（申请号 200810047721.2、申请号20100545470.8），锰酸锌经过首次放电后，发生Zn0、Mn0等的转化，生成的金属与Li2O发生可逆的反应。其反应方程式如下（Nano Research，2011，4，505–510）：
近年来，金属氧化物、含锂化合物、导电聚合物等相继被用作超级电容器材料，用以提高器件的能量密度。而超级电容器用复合金属氧化物的报道不多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法，复合材料包括复合金属氧化物ZnMxOy（M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x与y比值为1：1～1：4）和活性炭，是由含有锰、钴、铁等的复合金属氧化物通过金属盐与活性炭制备而成，原料来源广泛，制备工艺简单。
本发明的技术方案是这样实现的：一种用于超级电容器的复合材料及其制备方法，（其特征在于：复合材料包括复合金属氧化物ZnMxOy（M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x与y比值为1：1～1：4）和活性炭，其制备步骤如下：
（1）含有M的金属盐溶液里加入活性炭分散液，得到混合液，活性炭质量为M质量的10～60%；
（2）步骤（1）的混合液持续搅拌，加入含有Zn的金属盐溶液，在温度60～80℃反应2～8h；含Zn与M的金属盐的物质的量比为1：2～1：7；
（3）步骤（2）得到的产物洗涤、干燥至恒重，作为复合材料前驱体，前驱体在500～900℃反应1～6h，得到复合材料。
所述的复合材料可以通过含有M、Zn的金属盐与活性炭固相反应得到。
所述的含有M的金属盐包括碳酸锰、草酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰，草酸钴、硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、碳酸钴、氧化钴、碳酸铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁、氧化铁，所述的含有Zn的金属盐包括碳酸锌、氯化锌、硫酸锌、草酸锌、硝酸锌以及氧化锌。
本发明的积极效果是由含有锰、钴、铁等的复合金属氧化物通过金属盐与活性炭制备而成，原料来源广泛，制备工艺简单，是一种比较有前景的超级电容器用电极材料。
附图说明
图1为本发明实施例1的锰酸锌复合材料SEM照片。
图2为本发明实施例1的超级电容器充放电曲线。
图3为本明实施例1的超级电容器循环伏安曲线。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明进行具体描述，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
实施例1
如图1-3所示，称取碳酸锰、柠檬酸、碳酸锌及活性炭，碳酸锰及柠檬酸在去离子水中通过磁力搅拌混合均匀，加入经超声分散的锰质量20%的活性炭水分散液，升温至60℃，恒温反应50min，加入碳酸锌，继续搅拌2h，碳酸锰与碳酸锌的物质的量比1：6。冷却至室温，将所得的产物沉淀过滤，去离子水洗净，60℃真空干燥至恒重；将得到的产物700℃煅烧2h，得到锌锰复合金属氧化物与活性炭的复合材料。复合材料与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成正极片，活性炭与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成的负极片，中间以隔膜分开，加入1M硫酸锌电解液，制成超级电容器。
实施例2
称取等物质的量的三氧化二铁、活性炭和氧化锌放入到球磨罐，料与球质量比为1：20，球磨4h，得到复合材料前驱体。前驱体在700℃煅烧2h，得到锌铁复合金属氧化物与活性炭的复合材料。复合材料与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成正极片，活性炭与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成的负极片，中间以隔膜分开，加入1M硫酸锌电解液，制成超级电容器。
实施例3
按照计量比称取硝酸锌、硝酸钴制成水溶液，与钴质量30%的活性炭分散液搅拌混合均匀，氮气氛围搅拌2h后，加入氢氧化钠，控制反应时间5min。产物洗涤，干燥，得到得的复合材料前驱体600℃煅烧1h，得到锌钴复合金属氧化物与活性炭的复合材料。复合材料与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成正极片，活性炭与粘结剂PTFE、导电剂VGCF制成的负极片，中间以隔膜分开，加入1M硫酸锌电解液，制成超级电容器。

Claims (3)

1.一种用于超级电容器复合材料的制备方法，其特征在于，复合材料包括复合金属氧化物ZnMxOy其中M=Fe，Co，Mn，0＜x＜3，x与y比值为1：1～1：4和活性炭，其制备步骤如下：
（1）含有M的金属盐溶液里加入活性炭分散液，得到混合液，活性炭质量为M质量的10～60%；
（2）步骤（1）的混合液持续搅拌，加入含有Zn的金属盐溶液，在温度60～80℃反应2～8h；含Zn与M的金属盐的物质的量比为1：2～1：7；
（3）步骤（2）得到的产物洗涤、干燥至恒重，作为复合材料前驱体，前驱体在500～900℃反应1～6h，得到复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器复合材料的制备方法，其特征在于所述的复合材料是通过含有M、Zn的金属盐与活性炭固相反应得到。
3.根据权利要求1，2所述的一种用于超级电容器复合材料的制备方法，其特征在于所述的含有M的金属盐包括碳酸锰、草酸锰、氯化锰、硫酸锰、硝酸锰，草酸钴、硫酸钴、硝酸钴、氯化钴、碳酸钴、氧化钴、碳酸铁、氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁、氧化铁，所述的含有Zn的金属盐包括碳酸锌、氯化锌、硫酸锌、草酸锌、硝酸锌以及氧化锌。
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