一种基于Mn制造技术

本发明专利技术提供了一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器及其制备方法，属于电池和电容器技术领域。它解决了现有超级电容器成本高、循环寿命不好等问题，一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，由正极片、负极片、介于正极片和负极片之间的隔膜和具有离子导电性的水系电解液组成，其特征在于，正极片包括正极片集流体和沉积在正极片集流体表面的正极混合材料，负极片包括负极片集流体和沉积在负极片集流体表面的负极混合材料；正极混合材料包括Mn3O4/石墨烯复合材料，负极混合材料包括负极活性材料。本发明专利技术具有成本低、循环寿命好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器及其制备方法
本专利技术属于电池和电容器
，特别涉及一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器及其制备方法。
技术介绍
随着经济和社会的发展，石油、煤等不可再生能源逐渐枯竭，且不可再生能源的使用造成环境污染及温室效应的加重。人类社会迫切需要开发清洁能源、可再生能源和相应的节能环保技术。超级电容器作为一种介于蓄电池和传统电容器之间的新型能源储存装置，具有比容量高、功率密度大、循环寿命长、工作温度范围宽、免维护等优点，近年来作为新型的能源储存装置受到极大的关注。由于超级电容器比蓄电池的具有更高的功率密度，这为超级电容器的发展和应用提供了广阔的空间。根据储能机理的不同，超级电容器分为三类：双电层电容器，法拉第赝电容器和混合型超级电容器。利用将大量电能储存在物质表面，像电池一样用于实际目的的人是Becker，他于1957年申请了第一个这方面的专利。日本NEC电气公司在20世纪70年代开发出了具有法拉容量并且可以快速充放电的双电层电容器。Conway于1975～1981年间在渥太华，在ContinentalGroup支持下与D.Craig等开发了一种赝电容体系，这种体系是基于物质的氧化还原反应储存电荷，是另一种形式的电荷储存体系。商业化的超级电容器有MatsushitaElectricIndustrialCo.(Osaka，Japan)的金电容器和PinnacleResearch的军用电容器产品。随着电动车的应用和发展，从20世纪90年代开始各国纷纷投入资金参与车用超级电容器的开发。现在已有成熟的超级电容器产品与蓄电池配合应用于车辆的混合动力系统。由于超级电容器独特的优势，使其在军事航天、通讯、电源、电力、车辆制造等领域有着广泛的应用。但是现有的超级电容器循环寿命低，成本高，无法满足日益增长的需求。故研发一种长循环寿命、低成本的超级电容器具有广阔的市场。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器；本专利技术的第二个目的是提供一种制备上述基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器的制备方法。本专利技术的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，由正极片、负极片、介于正极片和负极片之间的隔膜和具有离子导电性的水系电解液组成，其特征在于，正极片包括正极片集流体和沉积在正极片集流体表面的正极混合材料，负极片包括负极片集流体和沉积在负极片集流体表面的负极混合材料；正极混合材料包括Mn3O4/石墨烯复合材料，负极混合材料包括负极活性材料。优选地，所述的负极活性材料为多孔炭材料、过渡金属氧化物、导电聚合物中的一种或多种的混合。优选地，正极混合材料和负极混合材料均还包括导电剂和粘结剂。优选地，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料50-90％、导电剂5-20％和粘结剂1-20％。优选地，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料80％、导电剂10％和粘结剂10％；或者，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料90％、导电剂5％和粘结剂5％，或者正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料70％、导电剂15％和粘结剂15％。优选地，负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料50-90％、导电剂5-20％和粘结剂1-20％。优选地，负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料80％、导电剂10％和粘结剂10％；负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料90％、导电剂5％和粘结剂5％；负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料70％、导电剂15％和粘结剂15％。优选地，所述的隔膜为聚丙烯无纺布、多孔玻璃纤维、聚乙烯微孔膜、PP和PE的复合膜中的一种。优选地，所述的多孔炭材料为活性炭、介孔炭、炭纳米管、石墨烯、模板炭、炭气凝胶、碳纤维中的一种或一种以上的混合。优选地，导电剂为导电碳黑(super-p)、导电石墨(KS-6)、导电石墨(SFG-6)、乙炔黑、碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNTs)、科琴黑、镍粉和钴粉中的一种或任意组合。优选地，粘结剂为聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶中的一种或任意组合。优选地，电解质为盐溶液、碱性溶液中的一种或两种混合。盐溶液为氯化锂，硫酸锂，氯化钠，硫酸钠，氯化钾，硫酸钾，乙酸钠中的一种或任意组合。碱性溶液为氢氧化钾，氢氧化钠中的一种或两种混合。本专利技术的第二个目的可通过下列技术方案来实现：一种制备上述基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器的制备方法，包括如下步骤：S01，Mn3O4/石墨烯复合材料的制备：(1)量取98％的硫酸置于反应瓶中，并将硫酸液体冷却至0℃，边搅拌边加入高锰酸钾，溶剂温度维持在20℃以下，维持搅拌100min-140min后，边搅拌边加入去离子水，维持反应体系的温度在30℃-40℃之间，再继续搅拌20-40min；最后，加入去离子水和双氧水终止体系反应，并在室温下搁置20-28h，反应产物用盐酸溶液离心清洗直至在清洗溶液中用BaCl2检测不出硫酸根离子离心后获取的固体物质在40-60℃的烘箱中干燥，得到氧化石墨；(2)将氧化石墨置于去离子水中，并超声分散，分别称取1.0,2.0,3.0,4.0mmol的醋酸锰加入平行超声的氧化石墨溶液中，再各自加入乙醇胺并在室温下搅拌0.5-1.5h，将各混合溶液转移至水热釜中密封，并将密封后的水热釜置于110-130℃的烘箱中维持10-14h，取出水热釜自然冷却至室温；产物采用离心分离，并用去离子水和乙醇分别清洗三次；再在50-70℃的烘箱中干燥20-28h得到Mn3O4/石墨烯复合材料。SO2，正极片的制备：称取Mn3O4/石墨烯复合材料、导电剂混合研磨均匀，称取粘结剂加入其中，将混合物分散于乙醇中，并超声均匀分散。将混合溶液均匀滴附于1cm2泡沫集流体上制作成极片。极片60-130℃烘干，在5-15MPa压力下压片。所压过的极片在盐溶液中浸泡12h-20天；SO3，负极片的制备：称取负极活性材料、导电剂混合研磨均匀，称取粘结剂加入其中，将混合物分散于乙醇中，并超声均匀分散。将混合溶液均匀滴附于1cm2的泡沫集流体上制作成极片。极片60-130℃烘干，在5-15MPa压力下压片。所压过的极片在碱性溶液中浸泡2-48h；将正极片和负极片浸入具有离子导电性的水系电解液中，隔膜置于正极片和负极片之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的超级混合电容器，Mn基材料的成本低，水系电解液的安全性能好，循环寿命好。2.本专利技术通过正负极采用混合型材料，一方面降低极片的成本，保持极片良好的性能；另一方面充分发挥Mn3O4/石墨烯复合材料、活性炭的优异性能，最终提高混合电容器的整体性能。3、在不同的Ag-1下，正极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Mn

【技术特征摘要】
1.一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，由正极片、负极片、介于正极片和负极片之间的隔膜和具有离子导电性的水系电解液组成，其特征在于，正极片包括正极片集流体和沉积在正极片集流体表面的正极混合材料，负极片包括负极片集流体和沉积在负极片集流体表面的负极混合材料；正极混合材料包括Mn3O4/石墨烯复合材料，负极混合材料包括负极活性材料。


2.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，所述的负极活性材料为多孔炭材料、过渡金属氧化物、导电聚合物中的一种或多种的混合。


3.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，正极混合材料和负极混合材料均还包括导电剂和粘结剂。


4.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料50-90％、导电剂5-20％和粘结剂1-20％。


5.根据权利要求4所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料80％、导电剂10％和粘结剂10％；或者，正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料90％、导电剂5％和粘结剂5％，或者正极混合材料的组成及重量百分比为Mn3O4/石墨烯复合材料70％、导电剂15％和粘结剂15％。


6.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料50-90％、导电剂5-20％和粘结剂1-20％。


7.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料80％、导电剂10％和粘结剂10％；负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料90％、导电剂5％和粘结剂5％；负极混合材料的组成及重量百分比为负极活性材料70％、导电剂15％和粘结剂15％。


8.根据权利要求1所述的一种基于Mn3O4/石墨烯复合材料的超级电容器，其特征在于，所述的隔膜为聚丙烯无纺布、多...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鑫，曹永博，李明钧，孙伟，汪辉，曹干顺，
申请(专利权)人：浙江天能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33