用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，是以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料。本發明方法在二氧化錳電極材料中摻雜鎳渣，可以大幅度提高二氧化錳的導電性能和電化學性能，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，本方法還具有制備工藝簡單、反應效果高、反應條件容易控制、耗能低、成本低等優點，適用于工業化生產。
【專利說明】
用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及電極材料技術領域，具體是一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法。
【背景技術】
[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/轉換設備更加關注。電化學電容器(ECS)或超級電容器(SCS)就是人們關注的新型能源裝置中的一種。超級電容器擁有諸多優點，如高的功率密度、可逆性強、操作安全、環境友好、優良的脈沖充電/放電性能、循環壽命長等。可應用在能源后備系統、相機的閃光燈設備、消費類便攜設備，以及電氣/混合動力汽車、軍工設備、存儲備份、運輸和工業電源等方面。
[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境友好等優點，使其電化學超級電容器方面得到廣泛應用。二氧化錳的理論電容高達1370F/g，但因其致密的結構使電解液無法高效滲透進材料的內層而導致實際電容值遠低于理論值，這給實際應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、結構及形貌。目前大多數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、導電性高的二氧化錳是當今需要的技術難題。
[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。但現有方法一般存在操作復雜、成本較高、生產周期長、耗能高、反應條件難控制等問題。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有二氧化錳電極材料存在的問題，提供一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法。本方法是以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得二氧化錳電極復合材料，制得的二氧化錳具有多孔道、比表面大、分布均勻、導電性高、性能穩定等優點。
[0006]為了實現以上目的，本發明采用的技術方案如下:
一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟:
(1)將硫酸錳、高錳酸鉀、濃硫酸按照摩爾比為1:6:36.8的比例加入反應釜，室溫下攪拌30-60min，過濾，將沉淀物分離，得二氧化猛固體；
(2)將二氧化錳固體、鎳渣、淀粉加入超聲波反應器，再加入去離子水，超聲波處理30-60min,得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉移至馬沸爐，在溫度為600-8000C下焙燒0.5_1.5h，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。
[0007]優選地，以上所述鎳渣加入量為硫酸錳重量的50-80%。
[0008]優選地，以上所述鎳渣的粒徑為60-80目。
[0009]優選地，以上所述淀粉加入量為硫酸錳重量的2-3倍。
[0010]優選地，以上步驟(I)所述攪拌轉速為100_300r/min。
[0011]優選地，以上步驟(2)所述超聲波處理的溫度為50-60°C，超聲功率為200-250w。
[0012]優選地，以上步驟(3)所述焙燒的升溫速率為5-10 °C /min。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果:
1、本發明方法在二氧化錳電極材料中摻雜鎳渣，可以大幅度提高二氧化錳的導電性能和電化學性能，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，解決了當前二氧化錳孔徑小、比表面積不高，電容性差等缺陷。
[0014]2、本發明以是冶煉鎳鐵合金產生的固體鎳渣作為原料，不僅可以資源的循環利用，降低二氧化錳電極的成本，還能提高二氧化錳電極材料的導電性能和電化學性能。
[0015]3、本發明方法制備工藝簡單、反應效果高、反應條件容易控制、耗能低、成本低等優點，適用于工業化生產。
[0016]4、本發明制備的二氧化錳電極復合材料粒徑分布均勻，其形貌呈多孔道球狀顆粒，經過測定顆粒球粒徑大小為300-500]1111，孔徑大小為5-1011111，比表面積為300-4001112/^，比電容為260-290F/g。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明制備的用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合具體實施例對本發明進一步說明，但不限于本發明的保護范圍。
[0019]實施例1
一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟:
(1)在反應釜中加入30L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，室溫下在轉速為10017/111；[11下攪拌601]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、鎳渣0.85kg、淀粉3.5kg加入超聲波反應器，再加入去離子水，在超聲溫度50°C、功率為200w下超聲波處理60min，得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉移至馬沸爐，以10°C/min的升溫速率在溫度為700°C下焙燒lh，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。
[0020]本實施例所制備的用于超級電容器的二氧化錳電極復合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，粒徑大小為300-500nm之間。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318.7m2/g。，利用CH1660A電化學工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學電容性能測試，其比電容量為268.2F/g。
[0021]實施例2
一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟:
(1)在反應釜中加入30L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，室溫下在轉速為15017/111；[11下攪拌601]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、鎳渣1.0kg、淀粉4.0kg加入超聲波反應器，再加入去離子水，在超聲溫度55°C、功率為250w下超聲波處理45min，得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉移至馬沸爐，以5°C/min的升溫速率在溫度為600°C下焙燒1.5h，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。
[0022]本實施例所制備的用于超級電容器的二氧化錳電極復合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396.4m2/g。，利用CH1660A電化學工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學電容性能測試，其比電容量為285.7F/g。
[0023]實施例3
一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟:
(1)在反應釜中加入30L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、鎳渣1.2kg、淀粉4.5kg加入超聲波反應器，再加入去離子水，在超聲溫度60°C、功率為250w下超聲波處理30min，得糊狀物；
(3)再將步驟(2)的糊狀物轉移至馬沸爐，以10°C/min的升溫速率在溫度為800°C下焙燒0.5h，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。
[0024]本實施例所制備的用于超級電容器的二氧化錳電極復合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9nm，比表面積為321.9m2/g。，利用CH1660A電化學工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學電容性能測試，其比電容量為274.2F/g。
[0025]實施例4
一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟:
(1)在反應釜中加入30L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、鎳渣1.35kg、淀粉5kg加入超聲波反應器，再加入去離子水，在超聲溫度60°C、功率為200w下超聲波處理60min，得糊狀物；
(3 )再將步驟(2 )的糊狀物轉移至馬沸爐，以10 °C /min的升溫速率在溫度為750 V下焙燒lh，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。
[0026]本實施例所制備的用于超級電容器的二氧化錳電極復合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5nm，比表面積為349.2m2/g。，利用CH1660A電化學工作站對本實施例的超電容器電極材料進行電化學電容性能測試，其比電容量為261.7F/g。
【主權項】
1.一種用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:以硫酸錳、高錳酸鉀和鎳渣為主要原料，通過淀粉自蔓延燃燒法制得電極復合材料，包括如下步驟: 將硫酸錳、高錳酸鉀、濃硫酸按照摩爾比為1:6: 36.8的比例加入反應釜，室溫下攪拌30-60min，過濾，將沉淀物分離，得二氧化猛固體； 將二氧化錳固體、鎳渣、淀粉加入超聲波反應器，再加入去離子水，超聲波處理30-60min,得糊狀物； 再將步驟(2)的糊狀物轉移至馬沸爐，在溫度為600-8000C下焙燒0.5-1.5h，即可得到用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料。2.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:所述鎳渣加入量為硫酸猛重量的50-80%。3.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:所述鎳渣的粒徑為60-80目。4.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:所述淀粉加入量為硫酸錳重量的2-3倍。5.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述攪拌轉速為100_300r/min。6.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述超聲波處理的溫度為50-60°C，超聲功率為200-250W。7.根據權利要求1所述用于超級電容器的二氧化錳電極復合材料的制備方法，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】H01G11/46GK106024407SQ201610503623
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】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任公司