本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，特別涉及到一種超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法。
背景技術(shù)：
：超級(jí)電容器作為重要的備用電源，可以防止電力中斷同時(shí)補(bǔ)充能量?jī)?chǔ)存與傳統(tǒng)的靜電容器相比，超級(jí)電容器在原理上并無太大區(qū)別。同樣都滿足電容大小與正對(duì)面積成正比，與兩極板間的距離成反比的規(guī)律。但是超級(jí)電容器之所以“超級(jí)”是因?yàn)樯虡I(yè)中以多孔活性炭為電極材料，其表面積迅速增大，且兩極板間的距離僅為相關(guān)離子半徑，一般介于2-10埃。這兩個(gè)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)使得超級(jí)電容器的存儲(chǔ)能力遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的靜電容器。當(dāng)然，超級(jí)電容器也面臨著一些問題，主要表現(xiàn)在：（1）能量密度偏低，無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）自放電現(xiàn)象嚴(yán)重；（3）超電單體的工作電壓較低。作為超級(jí)電容器的電極材料，錳、鈷、鎳由于較高的理論比電容、獨(dú)一無二的晶體結(jié)構(gòu)以及優(yōu)秀的電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)越來越吸引研究者的注意力。所以本發(fā)明致力于研究錳鈷鎳基電極，期望利用這些材料優(yōu)異的電化學(xué)性能來克服超級(jí)電容器普遍存在的缺陷和不足，使之成為名副其實(shí)的超級(jí)電容器。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法，通過將天然鱗片石墨經(jīng)過低溫、中溫和高溫三步氧化處理制成氧化石墨烯，再通過沉淀法將錳鈷成分與氧化石墨烯反應(yīng)制成錳鈷復(fù)合石墨烯材料，最后通過加壓壓片技術(shù)將活性材料涂布在鎳基底電極上，制成超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極。制備而成的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極,其性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性良好、電容擴(kuò)充能力強(qiáng)，另外該制備工藝環(huán)保低耗，安全易行，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法，包括以下步驟：（1）將1L濃硫酸冰浴1-2h,依次向濃硫酸中加入7-9g硝酸鈉和10-12g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，全部加入以后持續(xù)攪拌2-4h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌10-12h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至95-98℃，攪拌15-30分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干4-5h，得到氧化石墨烯；（5）將3-5份二氧化錳，1-2份錳酸鉀，1-3份氯化鈷，2-4份硝酸鈷，5-10份氧化石墨烯溶于8-10份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌1-2h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干2-3h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料5-10份，導(dǎo)電劑1-2份，粘結(jié)劑1-2份，將粘結(jié)劑加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入導(dǎo)電劑，研磨10-20min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。優(yōu)選地，所述步驟（1）中高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g。優(yōu)選地，所述步驟（5）中抽慮壓強(qiáng)為20MPa。優(yōu)選地，所述步驟（7）中導(dǎo)電劑為乙炔黑。優(yōu)選地，所述步驟（7）中導(dǎo)電劑為乙炔黑。本發(fā)明還提供了由上述制備工藝得到的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極在真空開關(guān)、智能器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、程控交換機(jī)等精密儀器后備電源中應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：（1）本發(fā)明的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法通過將天然鱗片石墨經(jīng)過低溫、中溫和高溫三步氧化處理制成氧化石墨烯，再通過沉淀法將錳鈷成分與氧化石墨烯反應(yīng)制成錳鈷復(fù)合石墨烯材料，最后通過加壓壓片技術(shù)將活性材料涂布在鎳基底電極上，制成超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極。制備而成的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極,其性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性良好、電容擴(kuò)充能力強(qiáng)，另外該制備工藝環(huán)保低耗，安全易行，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。（2）本發(fā)明的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法工藝簡(jiǎn)單,操作方便，原料易得，環(huán)保低耗，適于大規(guī)工業(yè)化運(yùn)用，實(shí)用性強(qiáng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例1（1）將1L濃硫酸冰浴1h,依次向濃硫酸中加入7g硝酸鈉和10g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g，全部加入以后持續(xù)攪拌2h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌10h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至95℃，攪拌15分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干4h，得到氧化石墨烯；（5）將3份二氧化錳，1份錳酸鉀，1份氯化鈷，2份硝酸鈷，5份氧化石墨烯溶于8份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌1h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干2h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料5份，乙炔黑1份，四氟乙烯乳液1份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨10min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。實(shí)施例2（1）將1L濃硫酸冰浴1.4h,依次向濃硫酸中加入7.5g硝酸鈉和10.5g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g，全部加入以后持續(xù)攪拌3h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌10.5h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至96℃，攪拌20分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干4.3h，得到氧化石墨烯；（5）將4份二氧化錳，1份錳酸鉀，2份氯化鈷，2份硝酸鈷，7份氧化石墨烯溶于9份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌1.2h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干2.4h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料8份，乙炔黑1份，四氟乙烯乳液2份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨15min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。實(shí)施例3（1）將1L濃硫酸冰浴1.8h,依次向濃硫酸中加入8g硝酸鈉和11g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g，全部加入以后持續(xù)攪拌3h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌11h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至97℃，攪拌25分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干4.7h，得到氧化石墨烯；（5）將4份二氧化錳，2份錳酸鉀，3份氯化鈷，3份硝酸鈷，8份氧化石墨烯溶于9份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌1.7h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干2.6h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料9份，乙炔黑2份，四氟乙烯乳液1份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨17min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。實(shí)施例4（1）將1L濃硫酸冰浴2h,依次向濃硫酸中加入9g硝酸鈉和12g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g，全部加入以后持續(xù)攪拌4h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌12h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至98℃，攪拌30分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干5h，得到氧化石墨烯；（5）將5份二氧化錳，2份錳酸鉀，3份氯化鈷，4份硝酸鈷，10份氧化石墨烯溶于10份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌2h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干3h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料10份，乙炔黑2份，四氟乙烯乳液2份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨20min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)比例1（1）將1L濃硫酸冰浴1h,依次向濃硫酸中加入7g硝酸鈉和10g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入8g，全部加入以后持續(xù)攪拌2h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌10h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至95℃，攪拌15分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后依次加入500ml去離子水和200g30%的雙氧水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干4h，得到氧化石墨烯；（5）將3份二氧化錳，1份氯化鈷,5份氧化石墨烯溶于8份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌1h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干2h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料5份，乙炔黑1份，四氟乙烯乳液1份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨10min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。對(duì)比例2（1）將1L濃硫酸冰浴2h,依次向濃硫酸中加入9g硝酸鈉和12g天然鱗片石墨，攪拌均勻后緩慢加入48g，高錳酸鉀加入的速度按照每5min加入4g，全部加入以后持續(xù)攪拌1h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（2）將步驟（1）中的混合懸浮液放到37℃的油浴鍋中加熱保溫，持續(xù)攪拌12h，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘；（3）向步驟（2）中的保溫懸浮物中加入1L的去離子水，加熱至98℃，攪拌30分鐘，攪拌速度為50轉(zhuǎn)/分鐘，然后加入500ml去離子水，自然冷卻；（4）將步驟（3）的混合物離心沉淀，取固體沉淀物，放于75℃烘箱內(nèi)烘干5h，得到氧化石墨烯；（5）將2份錳酸鉀，3份氯化鈷，10份氧化石墨烯溶于10份1.2mM氫氧化鈉水溶液中，攪拌2h，靜置12h，抽慮收集固體產(chǎn)物，抽慮壓強(qiáng)為20MPa;（6）將步驟（5）收集到的固體產(chǎn)物用3%的氯化鈉洗滌3遍，然后放置于75℃烘箱內(nèi)烘干3h，得到錳鈷復(fù)合石墨烯材料；（7）稱取步驟（6）的錳鈷復(fù)合石墨烯材料10份，乙炔黑2份，四氟乙烯乳液2份，將四氟乙烯乳液加入研缽中，緩慢滴入2ml去離子水，研磨均勻后，加入乙炔黑，研磨20min,然后將錳鈷復(fù)合石墨烯材料加入，繼續(xù)研磨至漿狀；（8）將步驟（7）的漿狀材料用不銹鋼刮鏟涂布在鎳基底電極上，然后用錫紙包裹電極，放于壓片機(jī)上壓制，壓強(qiáng)為15MPa，持續(xù)時(shí)間為2min，然后將壓制好的電極放入75℃烘箱內(nèi)烘干12h,取出自然冷卻，即為電極成品。制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。將實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-2的制得的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極進(jìn)行比電容、容量保留率、電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻、能量密度這幾項(xiàng)性能測(cè)試。表1比電容（F/g,1A/g）容量保留率（%,1000循環(huán)伏安測(cè)試）電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻（Ω）能量密度（Wh/kg）實(shí)施例137992.31.4110.11實(shí)施例237391.41.3910.03實(shí)施例337691.81.4510.09實(shí)施例437592.11.379.99對(duì)比例121761.41.934.78對(duì)比例220856.71.896.39本發(fā)明的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法通過將天然鱗片石墨經(jīng)過低溫、中溫和高溫三步氧化處理制成氧化石墨烯，再通過沉淀法將錳鈷成分與氧化石墨烯反應(yīng)制成錳鈷復(fù)合石墨烯材料，最后通過加壓壓片技術(shù)將活性材料涂布在鎳基底電極上，制成超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極。制備而成的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極,其性能穩(wěn)定、導(dǎo)電性良好、電容擴(kuò)充能力強(qiáng)，另外該制備工藝環(huán)保低耗，安全易行，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。本發(fā)明的超級(jí)電容器用錳鈷鎳基電極的制備方法工藝簡(jiǎn)單,操作方便，原料易得，環(huán)保低耗，適于大規(guī)工業(yè)化運(yùn)用，實(shí)用性強(qiáng)。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3