CN110683583B - 一种氧化锰铜超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新材料领域，尤其涉及一种氧化锰铜(CuMnO2)超级电容器电极材料的制备方法。本发明特征是：首先将MnCl2和CuSO4的混合溶液加入Na2SiO3溶液，得到混合物；然后将混合物搅拌充分，转移到反应釜内衬中，在120‑200℃下保温5‑10小时；或在80‑100℃的油浴锅或电热套中，保温0.5‑1小时；得到粉末状的硅酸锰/硅酸铜前驱体材料；再将制备的前驱体材料放入反应釜内衬中，加入NaOH溶液，在160‑180℃温度下保温1‑24小时；得到粉末状的氧化锰铜材料。本发明操作简单，成本低，便于批量生产；制备的氧化锰铜材料比电容高，工作电压范围大，倍率性能好，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，尤其涉及一种氧化锰铜(CuMnO2)超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
超级电容器的循环充放电寿命长、充放电速度快、环境适应性好。但是常规的超级电容器材料比电容差，所组成器件的能量密度低，限制了这种储能装置的广泛应用。开发比电容高、倍率性能好、工作电压范围大的电极材料，是提高超级电容器储能性能的重要手段。
目前，氧化锰铜材料主要应用在催化剂、发光二极管、荧光材料、锂电及超级电容器电极材料等领域。申请号为201810280842.5的发明专利，公开了一种锰铜矿结构CuMnO2晶体材料的形貌调控方法，使用表面活性剂进行溶剂热反应，在控制反应温度后，可以得到不同形状的粉末材料。但是这种工艺得到的电极材料电压范围只有0.4V。这种方法步骤繁琐，并且使用表面活性剂会带来洗涤困难，增加生产成本。申请号为201810664573.2的发明专利，公开了一种氧化锰铜粉末及其制备方法，在900-1200℃下焙烧前驱体，得到微米级的氧化锰铜材料。但是这种方法工艺复杂，能耗较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、成本低、便于批量生产的氧化锰铜超级电容器电极材料的制备方法，制备的材料具有比电容高、工作电压范围大、循环寿命长等特性。
本发明是通过以下方式实现的：
一种氧化锰铜超级电容器电极材料的制备方法(CuMnO2)，其特征是包括以下实施步骤：
(1)将MnCl2、CuSO4溶于去离子水，Na2SiO3溶于另一份去离子水；搅拌Na2SiO3溶液，并将MnCl2和CuSO4的混合溶液加入正在搅拌的Na2SiO3溶液，得到混合物；MnCl2，CuSO4和Na2SiO3的摩尔比为1:1:2；
(2)将(1)中配好的混合物搅拌充分，转移到反应釜内衬中，在120-200℃下保温5-10小时；或将(1)中配好的混合物搅拌充分，在80-100℃的油浴锅或电热套中，保温0.5-1小时；将反应产物取出，先用去离子水，再用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出产物，烘干、研磨、过筛得到粉末状的硅酸锰/硅酸铜前驱体材料；
(3)将(2)制备的前驱体材料放入反应釜内衬中，加入浓度为1-4mol L-1的NaOH溶液；将反应釜在160-180℃温度下保温1-24小时；将反应产物从反应釜内衬取出，先用去离子水、再用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出反应釜中产生的沉淀物，烘干、研磨、过筛得到粉末状的氧化锰铜(CuMnO2)材料。
本发明的有益效果为：
(1)本发明解决了传统工艺的不足，操作简单，成本低，便于批量生产；制备的氧化锰铜材料比电容高，工作电压范围大(可以达到0.6V)，倍率性能好，具有很好的应用前景。
(2)本发明所述的氧化锰铜(CuMnO2)材料用作正极材料，配合活性炭负极材料，用1M KOH水溶液做电解液，组装成非对称电容器器件。在400W kg-1的功率密度下，能量密度最高可达30.1Wh kg-1；在24000W kg-1的高功率密度下，能量密度仍可达12.2Wh kg-1。它的长循环性能优异，在15000圈时仍保持90％以上的初始比电容。
具体实施方式
下面给出本发明的四个最佳实施例，但本发明不仅限于此。
实施例1：
(1)将MnCl2、CuSO4溶于去离子水，Na2SiO3溶于另一份去离子水；将搅拌Na2SiO3溶液，并将MnCl2和CuSO4的混合溶液加入正在搅拌的Na2SiO3溶液，得到混合物；MnCl2，CuSO4和Na2SiO3的摩尔比为1:1:2；
(2)将(1)中配好的混合物搅拌充分，转移到反应釜内衬中，拧上盖子，在120℃的烘箱中，保温10小时取出反应釜内衬；将反应产物取出，先用两次用去离子水，最后用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出产物，用105℃温度烘干12小时，研磨，过300目筛，得到粉末状前驱体材料；
(3)将(2)制备的前驱体材料放入反应釜内衬中，加入浓度为1mol L-1的NaOH溶液，拧上盖子；将反应釜在160℃温度下保温1小时后取出；先用两次用去离子水，最后用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出反应釜中产生的沉淀物，用105℃温度烘干12小时，研磨，过300目筛，得到粉末状的CuMnO2材料。
用该电极材料组装的超级电容器器件，在400W kg-1的功率密度下，能量密度最高可达15.7Wh kg-1，在12000W kg-1的高功率密度下，能量密度仍可达8.2Wh kg-1。它的长循环性能优异，在8000圈时仍保持90％以上的初始比电容。
实施例2：
步骤(2)中反应的条件为，在100℃的油浴锅中，保温0.5小时；步骤(3)中加入的NaOH浓度为4mol L-1，反应的条件为180℃温度下保温5小时。其它与实施例1相同。
用该电极材料组装的超级电容器器件，在400W kg-1的功率密度下，能量密度可达30.1Wh kg-1，在24000W kg-1的高功率密度下，能量密度仍可达12.2Wh kg-1。它的长循环性能优异，在15000圈时仍保持90％以上的初始比电容。
实施例3：
步骤(2)中反应的条件为，在80℃的电热套中，保温1小时；步骤(3)中加入的NaOH浓度为3mol L-1，反应的条件为180℃温度下保温10小时。其它与实施例1相同。
用该电极材料组装的超级电容器器件，在400W kg-1的功率密度下，能量密度最高可达15.1Wh kg-1，在12000W kg-1的高功率密度下，能量密度仍可达6.5Wh kg-1。它的长循环性能优异，在9000圈时仍保持90％以上的初始比电容。
实施例4：
除步骤(2)中反应的条件为，在200℃的烘箱中，保温5小时；步骤(3)中加入的NaOH浓度为2mol L-1，反应的条件为170℃温度下保温24小时。其它与实施例1相同。
用该电极材料组装的超级电容器器件，在400W kg-1的功率密度下，能量密度最高可达16.5Wh kg-1，在12000W kg-1的高功率密度下，能量密度仍可达8.5Wh kg-1。它的长循环性能优异，在8000圈时仍保持90％以上的初始比电容。
Claims (1)
1.一种氧化锰铜超级电容器电极材料的制备方法，其特征是包括以下实施步骤：
(1)将MnCl2、CuSO4溶于去离子水，Na2SiO3溶于另一份去离子水；搅拌Na2SiO3溶液，并将MnCl2和CuSO4的混合溶液加入正在搅拌的Na2SiO3溶液，得到混合物；MnCl2，CuSO4和Na2SiO3的摩尔比为1:1:2；
(2)将步骤(1)中配好的混合物搅拌充分，转移到反应釜内衬中，在120-200℃下保温5-10小时；或将(1)中配好的混合物搅拌充分，在80-100℃的油浴锅或电热套中，保温0.5-1小时；将反应产物取出，先用去离子水，再用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出产物，烘干、研磨、过筛得到粉末状的硅酸锰/硅酸铜前驱体材料；
(3)将步骤(2)制备的前驱体材料放入反应釜内衬中，加入浓度为1-4mol L-1的NaOH溶液；将反应釜在160-180℃温度下保温1-24小时；将反应产物从反应釜内衬取出，先用去离子水、再用无水乙醇作为清洗剂，进行抽滤或离心，分离出反应釜中产生的沉淀物，烘干、研磨、过筛得到粉末状的氧化锰铜材料。
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| GR01 | Patent grant | ||
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