硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，包括如下步驟：將硫酸錳、錳酸酸鉀、濃硫酸按照摩爾比為1：6：36.8的比例加入反應(yīng)釜，室溫下攪拌20?30min,過濾，將沉淀物分離，得二氧化錳固體；將二氧化錳固體、硝酸銦、淀粉加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，攪拌30?60min,得糊狀物；再將糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，在溫度為300?500℃下焙燒1?2h，即可得到超電容器電極材料。本發(fā)明方法在二氧化錳電極材料中摻雜硝酸銦，可以大幅度提高二氧化錳的導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能，再利用淀粉自蔓延燃燒法制備具有多孔道、大比表面、粒徑分布均勻的二氧化錳超電容器電極材料，具有廣闊的市場前景。
【專利說明】
硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于化石燃料的日趨短缺及消耗這些化石燃料所帶來的環(huán)境問題.使得人們對具有高功率和能量密度的可替代存儲/轉(zhuǎn)換設(shè)備更加關(guān)注。電化學(xué)電容器(ECS)或超級電容器(SCS)就是人們關(guān)注的新型能源裝置中的一種。超級電容器擁有諸多優(yōu)點，如高的功率密度、可逆性強、操作安全、環(huán)境友好、優(yōu)良的脈沖充電/放電性能、循環(huán)壽命長等。可應(yīng)用在能源后備系統(tǒng)、相機的閃光燈設(shè)備、消費類便攜設(shè)備，以及電氣/混合動力汽車、軍工設(shè)備、存儲備份、運輸和工業(yè)電源等方面。
[0003]二氧化錳由于其廉價、儲量豐富、低毒、高的理論比電容和環(huán)境友好等優(yōu)點，使其電化學(xué)超級電容器方面得到廣泛應(yīng)用。二氧化錳的理論電容高達1370F/g，但因其致密的結(jié)構(gòu)使電解液無法高效滲透進材料的內(nèi)層而導(dǎo)致實際電容值遠低于理論值，這給實際應(yīng)用帶來了很大的局限性。典型的二氧化錳的超級電容值在100-200F/g。二氧化錳電極材料的性能取決于其顆粒大小、結(jié)構(gòu)及形貌。目前大多數(shù)二氧化錳都具有孔徑小、比表面積不高，電容性差等缺點，因此制備多孔道的、大比表面的、導(dǎo)電性高的二氧化錳是當(dāng)今需要的技術(shù)難題。
[0004]目前，制備二氧化錳的方法有很多，如水熱法、氧化還原法、微波法、溶膠凝膠法、共沉淀法等。但現(xiàn)有方法一般存在操作復(fù)雜、成本較高、生產(chǎn)周期長、耗能高、反應(yīng)條件難控制等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有二氧化錳電極材料存在的問題，提供一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法。本方法制備的二氧化錳具有多孔道、比表面大、分布均勻、導(dǎo)電性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，可在超級電容器得到廣泛的應(yīng)用。
[0006]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，是以硫酸錳、高錳酸鉀和硝酸銦為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得超電容器電極材料，具體包括如下步驟:
(1)將硫酸錳、錳酸酸鉀、濃硫酸按照摩爾比為1:6:36.8的比例加入反應(yīng)釜，室溫下攪拌20-30min，過濾，將沉淀物分離，得二氧化猛固體；
(2)將二氧化錳固體、硝酸銦、淀粉加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，攪拌30-60min，得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，在溫度為300-500°C下焙燒l_2h，即可得到超電容器電極材料。
[0007]優(yōu)選地，以上所述硝酸銦加入量為硫酸錳重量的15-35%。
[0008]優(yōu)選地，以上所述淀粉加入量為硫酸錳重量的1-2倍。
[0009]優(yōu)選地，以上步驟(I)和步驟(2)所述攪拌轉(zhuǎn)速為300-500r/min。
[0010]優(yōu)選地，以上步驟(3)所述焙燒的升溫速率為5-10°C/min。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明方法在二氧化錳電極材料中摻雜硝酸銦，可以大幅度提高二氧化錳的導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能，并且利用淀粉自蔓延燃燒法制備具有多孔道、大比表面、粒徑分布均勻的二氧化錳超電容器電極材料，解決了當(dāng)前二氧化錳孔徑小、比表面積不高，電容性差等缺陷。
[0012]2、本發(fā)明方法制備工藝簡單、反應(yīng)效果高、反應(yīng)條件容易控制、耗能低、成本低等優(yōu)點，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013]3、本發(fā)明制備的二氧化錳超電容器電極材料粒徑分布均勻，其形貌呈多孔道球狀顆粒，經(jīng)過測定顆粒球粒徑大小為100-500nm，孔徑大小為5-10]1111，比表面積為200-3001112/g，比電容為 200-250F/g。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明制備的二氧化錳超電容器電極材料的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限于本發(fā)明的保護范圍。
[0016]實施例1
一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，是以硫酸錳、高錳酸鉀和硝酸銦為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得超電容器電極材料，具體包括如下步驟:
(1)在反應(yīng)釜中加入20L的去離子水，然后再滴加2L的濃硫酸，再將1.69kg硫酸錳和
0.9481^高猛酸鉀，室溫下在轉(zhuǎn)速為30017/111；[11下攪拌301]1；[11，過濾，將沉淀物分離，得二氧化錳固體；
(2)將二氧化錳固體、硝酸銦0.25kg,淀粉2.0kg加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，在轉(zhuǎn)速為300r/min下攪拌60min，得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，以10°C/min的升溫速率在溫度為500°C下焙燒lh，即可得到硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料。
[0017]本實施例所制備的二氧化錳超電容器電極材料用掃描電鏡進行了觀察，從圖1可以看出其粒徑分布均勻，形貌呈多孔道球狀顆粒，所得顆粒球粒徑大小為100-500nm。采用孔隙度分析儀及比表面積測定，測得其孔徑大小為5nm，比表面積為258.7m2/g。利用CH1660A電化學(xué)工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學(xué)電容性能測試，其比電容量為237F/g。
[0018]實施例2
一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，是以硫酸錳、高錳酸鉀和硝酸銦為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得超電容器電極材料，具體包括如下步驟:
(I)在反應(yīng)釜中加入20L的去離子水，然后再滴加2L的濃硫酸，再將1.69kg硫酸錳和
0.9481^高猛酸鉀，室溫下在轉(zhuǎn)速為50017/111；[11下攪拌201]1；[11，過濾，將沉淀物分離，得二氧化錳固體；
(2)將二氧化錳固體、硝酸銦0.50kg、淀粉2.5kg加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，在轉(zhuǎn)速為500r/min下攪拌30min,得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，以8°C/min的升溫速率在溫度為400°C下焙燒1.5h，即可得到硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料。
[0019]本實施例所制備的二氧化錳超電容器電極材料采用孔隙度分析儀及比表面積測定，測得其孔徑大小為8nm，比表面積為286.7m2/g。利用CH1660A電化學(xué)工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學(xué)電容性能測試，其比電容量為221F/g。
[0020]實施例3
一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，是以硫酸錳、高錳酸鉀和硝酸銦為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得超電容器電極材料，具體包括如下步驟:
(1)在反應(yīng)釜中加入20L的去離子水，然后再滴加2L的濃硫酸，再將1.69kg硫酸錳和
0.9481^高猛酸鉀，室溫下在轉(zhuǎn)速為35017/111；[11下攪拌301]1；[11，過濾，將沉淀物分離，得二氧化錳固體；
(2)將二氧化錳固體、硝酸銦0.60kg、淀粉3.3kg加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，在轉(zhuǎn)速為500r/min下攪拌40min，得糊狀物；
(3 )再將步驟(2)的糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，以5 °C /min的升溫速率在溫度為300 °C下焙燒2h，即可得到硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料。
[0021]本實施例所制備的二氧化錳超電容器電極材料采用孔隙度分析儀及比表面積測定，測得其孔徑大小為10nm，比表面積為297.5m2/g。利用CH1660A電化學(xué)工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學(xué)電容性能測試，其比電容量為249F/g。
【主權(quán)項】
1.一種硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，其特征在于:以硫酸錳、高錳酸鉀和硝酸銦為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得超電容器電極材料，具體包括如下步驟: 將硫酸錳、錳酸酸鉀、濃硫酸按照摩爾比為1:6: 36.8的比例加入反應(yīng)釜，室溫下攪拌20-30min，過濾，將沉淀物分離，得二氧化猛固體； 將二氧化錳固體、硝酸銦、淀粉加入反應(yīng)釜中，再加入去離子水，攪拌30-60min，得糊狀物； 再將步驟(2)的糊狀物轉(zhuǎn)移至馬沸爐，在溫度為300-500°C下焙燒l_2h，即可得到超電容器電極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，其特征在于:所述硝酸銦加入量為硫酸錳重量的15-35%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，其特征在于:所述淀粉加入量為硫酸錳重量的1-2倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)和步驟(2)所述攪拌轉(zhuǎn)速為300-500r/min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述硝酸銦摻雜二氧化錳超電容器電極材料的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述焙燒的升溫速率為5-10°C/min。
【文檔編號】H01G11/46GK106098412SQ201610497470
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】吳元花, 覃勝先, 許雄勝, 羅馳飛, 陳建強
【申請人】廣西桂柳化工有限責(zé)任公司