一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维，所述复合纤维具有核壳结构，以镍丝为内核，三氧化二铁纳米片包覆于镍丝表面，最表面覆盖有卷曲的二氧化锰纳米片层。本发明专利技术制备的镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维具有优异柔韧性的同时，有着出色的电化学储能性能，在0.1mA/cm电流密度下，其最大长度和体积比电容可分别高达高至11.2mF/cm和69.4F/cm3，良好的倍率性能和反复充放电稳定性，在1mA/cm的电流密度下，其长度和体积比电容依然保持有7.2mF/cm和41.6F/cm3，连续充放电5000次后依然有93.8%的电容保持率，同样优于许多以金属丝为基底的纤维电极的电化学表现。维电极的电化学表现。维电极的电化学表现。
【技术实现步骤摘要】
一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法
[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法。
技术介绍
[0002]三氧化二铁作为电极材料，因为其具有较高的理论比容量，优异的储能能力和较好的安全性，但在实际应用过程中三氧化二铁的导电性较差，在充放电过程中存在较大的体积变化甚至材料破碎，导致其比容量衰减过快，循环性能变差。
[0003]目前，人们通过金属掺杂、合成碳复合材料、改变其纳米结构（制备出不同形貌结构如纳米线、纳米管、纳米盘、纳米片、纺锤体等），以及与其他金属氧化物合成复合材料来改善和解决这些问题。现目前已经有人将三氧化二铁和二氧化锰合成复合材料，但是二氧化锰作为一种半导体，具有良好的赝电容特性，但是其导电性差，作为电极材料会限制大电流充放电。因此将导电性均不理想的三氧化二铁和二氧化锰合成复合材料，依然存在电化学储能不理想，充放电过程中体积变化较大，在较大电流密度下充放电，比电容衰减较快，循环稳定性较差的问题亟待解决。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的在于提供一种用于超级电容器的复合纤维，其独特形貌结构具有良好的电化学储能性质和优异的充放电循环稳定性。
[0005]本专利技术目的在于提供一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法。
[0006]本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维，其特征在于：所述复合纤维具有核壳结构，以镍丝为内核，三氧化二铁纳米片包覆于镍丝表面，最表面覆盖有卷曲的二氧化锰纳米片层。
[0007]以镍丝作为内核结构，保证了复合纤维的柔韧性，通过近乎垂直的密集且均匀分布的三氧化二铁纳米片之间形成了均匀丰富的间隙，表面再覆盖一层卷曲的二氧化锰纳米片层，有利于充放电过程中调节体积变化，保证电极材料循环稳定性。
[0008]上述镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于：采用烯盐酸预处理后的镍丝浸入硫酸亚铁铵水溶液中，进行第一次水热反应，再进行退火处理，得到镍丝/三氧化二铁复合纤维，再将其浸入高锰酸钾水溶液中，进行第二次水热反应得镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维。
[0009]优选的，上述镍丝直径为0.1~0.5mm。
[0010]在研究过程中发现，与采用镍片作为基板不同，由于采用镍丝作为内核，第一次水热过程中，想要获得基本垂直于镍丝表面的三氧化二铁纳米片十分困难，三氧化二铁不易附着至镍丝表面，容易出现在镍丝表面伸长不均匀，有的地方产生严重结块，有的区域没有三氧化二铁沉积，也无法形成均匀分散的纳米片状，导致后续高锰酸钾沉积的厚度、均匀性
也会受到影响。
[0011]在制备过程中，采用稀盐酸对镍丝进行预处理，并选择以硫酸亚铁铵作为铁源，在特定的水热环境下分解，产生NH3、N2等气体，随着NH3、N2等气体浓度增加，增加了水热环境的气体密度，促进了在较低的温度环境下生成三氧化二铁，盐酸处理后的镍丝为三氧化二铁的沉积提供了更多的附着位点，且气体分子剧烈运动，增加了气体流动性，在水浴体系中快速穿梭，且对镍丝表面沉积的三氧化二铁产生的形貌结构及分布形成了调节，抑制了三氧化二铁的结块团聚，最终形成了近乎处置于纳米片均匀分散沉积与镍丝表面。在第二次水热过程中，通过调整高锰酸钾的浓度，水热环境下，生成二氧化锰，并在已经生成的纳米片影响下，生成均匀厚度卷曲的二氧化锰纳米片，且在反应过程中，强氧化性的高锰酸钾分解的同时也将上一步骤中硫酸亚铁铵水热形成的Fe
2+
杂质进一步氧化生成三氧化二铁，进一步除杂、提高三氧化二铁纳米片的纯度，通过近乎垂直的密集且均匀分布的三氧化二铁纳米片表面覆盖一层卷曲的二氧化锰纳米片层，形成均匀分布的缝隙，有利于充放电过程中调节体积变化，保证电极材料循环稳定性。
[0012]进一步，上述稀盐酸预处理是将镍丝浸泡与浓度为3M的稀盐酸中，静置2~3天。
[0013]进一步，上述第一次水热反应的温度为60~90℃，保温时间为3~4h，硫酸亚铁铵水溶液的浓度为1~20mg/mL。
[0014]进一步，上述退火处理是在氮气氛围呀，于400~420℃下退火1h。
[0015]进一步，上述第二次水热反应是在120~180℃下保温10~12h，高锰酸钾水溶液的浓度为0.1~10mg/mL。
[0016]进一步，上述硫酸亚铁铵水溶液和高锰酸钾水溶液的体积比为1:1。
[0017]最具体的，一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤（1）：预处理将直径为0.1~0.5mm的高纯镍丝浸入浓度为3M的稀盐酸中，静置2~3天；步骤（2）：制备镍丝/三氧化二铁复合纤维去除预处理后的镍丝浸入浓度为1~20mg/mL的硫酸亚铁铵溶液中，在60~90℃下水浴3~4h，然后过滤、洗涤并干燥，再于400~420℃下保温1h，得镍丝/三氧化二铁复合纤维；步骤（3）：制备镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维将镍丝/三氧化二铁复合纤维浸入浓度为0.1~10mg/mL的高锰酸钾水溶液，在120~180℃下水热反应10~12h，经过滤、洗涤及干燥得镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维。
[0018]本专利技术具有如下技术效果：本专利技术制备的镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维具有优异柔韧性的同时，有着出色的电化学储能性能，在0.1 mA /cm电流密度下，其最大长度和体积比电容可分别高达高至11.2mF/cm和69.4F/cm3，良好的倍率性能和反复充放电稳定性，在1 mA /cm的电流密度下，其长度和体积比电容依然保持有7.2mF/cm和41.6F/cm3，连续充放电5000次后依然有93.8%的电容保持率，同样优于许多以金属丝为基底的纤维电极的电化学表现。另外，本专利技术制备方法和工艺简单，便于规模化开发和应用。
附图说明
[0019]图1：表面经稀盐酸预处理后的镍丝不同倍率下的扫描电镜图。
[0020]图2：镍丝/三氧化二铁纤维不同倍率下的扫描电镜图。
[0021]图3：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维不同倍率下的扫描电镜图。
[0022]图4：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的各元素分布图。
[0023]图5：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的实物图。
[0024]图6：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维在三电极体系下的循环伏安曲线。
[0025]图7：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维在三电极体系下的充放电曲线。
[0026]图8：镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的电容保持率随充放电次数的变化关系图。
具体实施方式
[0027]下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。
[0028]实施例1一种镍丝/三氧化二铁/二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维，其特征在于：所述复合纤维具有核壳结构，以镍丝为内核，三氧化二铁纳米片包覆于镍丝表面，最表面覆盖有卷曲的二氧化锰纳米片层。2.一种如权利要求1所述的镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于：采用烯盐酸预处理后的镍丝浸入硫酸亚铁铵水溶液中，进行第一次水热反应，再进行退火处理，得到镍丝/三氧化二铁复合纤维，再将其浸入高锰酸钾水溶液中，进行第二次水热反应得镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维。3.如权利要求2所述的一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于：所述稀盐酸预处理是将镍丝浸泡与浓度为3M的稀盐酸中，静置2~3天。4.如权利要求2或3所述的一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于：所述第一次水热反应的温度为60~90℃，保温时间为3~4h，硫酸亚铁铵水溶液的浓度为1~20mg/mL。5.如权利要求2
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4任一项所述的一种镍丝/三氧化二铁/二氧化锰复合纤维的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖巍，陈金磊，周文杰，张艳华，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：
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