一种亚微米锰铁氧体电极材料及超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种亚微米锰铁氧体电极材料及超级电容器的制备方法。本发明专利技术首先利用乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐采用溶剂热法进行反应制备了结构松散的锰铁氧体电极材料球形前体，然后在上述球形前体的基础上继续加入乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐再次采用溶剂热法进行反应，从而得到了结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料。上述方法制备的电极材料的稳定性高，可以进一步制备成超级电容器的电极(正极和负极)，进而制作超级电容器，制备的超级电容器具有较好的比电容量和良好的循环特性以及较高的循环容量保持率。持率。持率。

【技术实现步骤摘要】
一种亚微米锰铁氧体电极材料及超级电容器的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种亚微米锰铁氧体电极材料及超级电容器的制备方法，属于超级电容器电极材料制备


技术介绍

[0002]超级电容器(也就是双电层电容器)，是一种新型的效率较高的存储能量的设备，主要就是储存电荷，介于传统的电容器和蓄电池之间，具有电池所不可比拟的一些特殊优势，对传统电池充电和放电起到一种补充作用。超级电容器具有长循环寿命、良好的功率、简单的原理和制备方式、便宜的原材料、能够与二次电池结合作混合应用等优点，而广泛应用于各个领域，如电子报纸、卷起显示屏、可穿戴设备等便携式灵活的电子产品，混合动力的电动汽车的电源设备方面。
[0003]电极材料是超级电容器的核心部件，电极材料主要包括碳材料、过渡金属氧化物以及有机聚合物等。目前通过合成双金属锰铁氧体材料来实现高比容量已成为研究趋势。锰铁氧体材料(MnFe2O4)是一种尖晶石结构的软磁材料，又称为锰尖晶石或锰铁氧体，具有高饱和磁化强度、高起始磁导率和低矫顽力等特点，广泛应用于电子、通讯、导航、雷达和遥测等电子设备中。
[0004]目前报道的锰铁氧体的制备方法主要有以下几种：
[0005]制备方法一：将醇溶性金属锰盐和铁盐溶解在无水乙醇中，将溶液点火燃烧，燃烧结束置于程序控温炉中250～800℃下煅烧得到圆形磁性锰铁氧体纳米片。上述技术使用高温煅烧方式，工艺成本高，并且制备过程中使用了酸，大大降低了制备的安全性。且其制备的锰铁氧体结构为圆形纳米片，主要应用于生物医药领域，不是作为电极材料使用。
[0006]制备方法二：将锰盐和铁盐加入水中，通过添加有机酸然后直接加热，再通过管式炉高温煅烧来得到用于超级电容器的纳米铁氧化复合电极材料。其只是使用纳米锰铁材料制备成了电极正极，使用活性炭制备成了电极负极。此方式使用了高温煅烧方式以及活性炭作为负极，不仅工艺成本高，并且制备过程中使用了酸，大大降低了制备的安全性。
[0007]制备方法三：采用水/溶剂热法制备锰铁氧化物/碳复合材料，此方法是将锰盐、铁盐、表面活性剂等加入水中，滴加碱性溶液进行的合成制备，然后在惰性气体的氛围下通过高温煅烧来得到锰铁氧化物/碳复合物(MnO
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MnFe2O4/c)。但是此制备方法得到的样品形状不规则，同时制备过程中使用了碱溶液，大大降低了制备过程的安全性。
[0008]总之，现有的溶剂热法制备锰铁氧体材料再进一步制备超级电容器的方式大都是通过碱性溶液或是酸性溶液制备的，更安全、环保的制备工艺待发掘，且现有的使用锰铁氧化物制备超级电容器的技术都是使用制备的锰铁氧化物作为正极材料，活性炭作为负极材料，这就表明超级电容器的制备工艺也需要进一步发掘。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种亚微米锰铁氧体电极材料及超
级电容器的制备方法。本专利技术首先利用乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐采用溶剂热法进行反应制备了结构松散的锰铁氧体电极材料球形前体，然后在上述球形前体的基础上继续加入乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐再次采用溶剂热法进行反应，使球形前体的空隙得到进一步填充，从而得到了结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料(参见图2)。上述方法制备的电极材料的稳定性高，可以进一步制备成超级电容器的电极(正极和负极)，进而制作超级电容器，制备的超级电容器具有较好的比电容量和良好的循环特性以及较高的循环容量保持率。本专利技术采用的原料均为中性物质，制备过程中不需要煅烧，制备工艺更加安全，且对环境无污染，生产成本较低，易于大规模生产制造。
[0010]本专利技术的第一个目的是提供一种亚微米锰铁氧体电极材料的制备方法，其特征是，以乙二醇为溶剂，三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐在150
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200℃下采用溶剂热法进行反应首先制备了结构松散的锰铁氧体电极材料球形前体，然后在上述球形前体的基础上继续加入乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐在200
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300℃下采用溶剂热法进行反应，使球形前体的空隙得到进一步填充，从而得到了结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料。
[0011]进一步的，上述球形前体为筛选的颗粒粒径为300nm以下的小颗粒(不符合要求的筛掉)，上述结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料为筛选的颗粒粒径为100
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300nm的小颗粒(不符合要求的筛掉)。
[0012]上述制备方法，具体包括以下步骤：
[0013]1)将三氯化铁和乙酸锰加入乙二醇溶剂中，在常温下不断搅拌至固体粉末完全溶解；
[0014]2)加入中性乙酸盐，不断搅拌直至形成均一的悬浊液；
[0015]3)然后把步骤2)制备的悬浊液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压反应釜中，将反应釜放于鼓风干燥箱中，在150
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200℃下加热5
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20小时，随后将反应釜冷却至室温，得到固体产品；
[0016]4)得到的固体产品洗涤，离心分离，收集固体产品烘干后再筛选出粒径300nm以下的小颗粒(结构松散的球形前体结构)；
[0017]5)将三氯化铁、乙酸锰和步骤4)得到的小颗粒加入乙二醇溶剂中，在常温下不断搅拌至形成均一的悬浊液；
[0018]6)加入中性乙酸盐，不断搅拌直至形成均一的悬浊液；
[0019]7)然后把步骤6)制备的悬浊液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压反应釜中，将反应釜放于鼓风干燥箱中，在200
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300℃下加热8
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20小时，随后将反应釜冷却至室温，得到固体产品；
[0020]8)得到的固体产品洗涤，离心分离，收集固体产品烘干后再筛选出粒径100
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300nm的小颗粒，得到亚微米级锰铁氧体电极材料(结构紧凑的近似球形颗粒)。
[0021]进一步的，上述步骤1)和5)中乙酸锰和三氯化铁的摩尔比为1:1.8
‑
2.2，优选摩尔比为1:2，在本专利技术的实施例中三氯化铁采用六水合三氯化铁；乙酸锰采用四水合乙酸锰。
[0022]进一步的，所述步骤2)和步骤6)的中性乙酸盐可以为乙酸铵、乙酸钠和乙酸钾等中的任一种，优选乙酸铵。所述中性乙酸盐与三氯化铁的摩尔比为0.75
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1.0:1，优选摩尔比为0.8:1。
[0023]进一步的，所述步骤4)和步骤8)的烘干为：将收集的固体产品置于烘箱中，在40
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80℃下干燥6
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10小时，自然降温。
[0024]进一步的，所述步骤4)和步骤8)的洗涤为：分别采用蒸馏水和乙醇进行洗涤，洗涤3
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10次，优选先采用蒸馏水洗涤5次，然后采用乙醇洗涤5次。
[0025]需要说明的是：相比步骤4)制备的颗粒，步骤8)实际制备的颗粒粒径更大，且结构更加紧凑，为了满足最终的需求，筛掉了过大(300nm以上)的颗粒。
[0026]上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚微米锰铁氧体电极材料的制备方法，其特征是，以乙二醇为溶剂，三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐在150
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200℃下采用溶剂热法进行反应首先制备了结构松散的锰铁氧体电极材料球形前体，然后在上述球形前体的基础上继续加入乙二醇、三氯化铁、乙酸锰和乙酸盐在200
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300℃下采用溶剂热法进行反应，得到了结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述球形前体为筛选的颗粒粒径为300nm以下的小颗粒。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征是，所述结构紧凑的近似球形颗粒结构的亚微米锰铁氧体电极材料为筛选的颗粒粒径为100
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300nm的小颗粒。4.如权利要求1
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3中任一项所述的制备方法，其特征是，具体包括以下步骤：1)将三氯化铁和乙酸锰加入乙二醇溶剂中，不断搅拌至固体粉末完全溶解；2)加入中性乙酸盐，不断搅拌直至形成均一的悬浊液；3)然后把步骤2)制备的悬浊液转移到高压反应釜中，将高压反应釜放于鼓风干燥箱中，在150
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200℃下加热5
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20小时，随后将高压反应釜冷却至室温，得到固体产品；4)得到的固体产品洗涤，离心分离，收集固体产品烘干后再筛选出粒径300nm以下的小颗粒；5)将三氯化铁、乙酸锰和步骤4)得到的小颗粒加入乙二醇溶剂中，不断搅拌至形成均一的悬浊液；6)加入中性乙酸盐，不断搅拌直至形成均一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振，
申请(专利权)人：苏州浪潮智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：