本发明专利技术涉及一种钨酸锰电极材料及其制备方法。该电极材料的一次粒子具有纳米颗粒结构，具有可控的粒径，其粒径分布范围为5～500nm。该方法制备的钨酸锰超级电容器电极材料具有高达153F·g-1以上的比电容。该制备方法相对于传统的制备方法具有易于操作、过程实用、重现性好、成本低、材料纯度高、电化学性能优异等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超级电容器领域中的一种粒径可控的。
技术介绍
近年来，电化学超级电容器(electrochemical supercapacitor, ES)引起了人们的广泛关注。相对于二次电池装置，该类电容器具有功率密度大和循环寿命长(可达无限次)等特点，且相比传统电容器具有更高的能量密度，几乎涵盖了电池应用的各个领域，从便携电子器件，存储备份系统所需的能源，到满足混合动力的电动汽车，以及工业规模的电力和能源设施。美国能源部(US Department of Energy)已将ES在储能装置的研究放在与二次电池同等重要的地位。紧随其后，各国政府和公司纷纷投入大量的人力、物力、财力，探索，研究并开发ES的应用技术。在技术应用层面，自1971年日本NEC公司率先实现了电化学电容器的商业化应用以来，ES技术在电子器件，交通运输储能装置等领域的应用不断推陈出新。然而，相对较低的能量密度(一般比二次电池要低一个数量级)仍是制约超级电容器大规模应用的瓶颈。作为ES的主要电极材料之一，易于极化的碳材料因低成本，宽来源，易于取材等特质长期受到业内的关注。例如Maxwell, EPCOS, Panasonic等公司利用活性碳作为电极材料已经实现了 ES的商业化应用。作为另一类主要的ES电极材料，过渡金属氧化物近年来也颇受业界人士的关注。这类电极材料的能量储存方式主要通过电极表面快速氧化还原反应来实现，可以获得比双电层电容更大的赝电容，继而为ES的大规模商业化应用奠定基础。其中，锰基氧化物材料，如MnO2, Mn3O4, Mn2O3, MnO等，由于其分布广泛，原料易得，比容量大而颇受关注。作为锰基复合氧化材料的一员，钨酸锰具有多铁性，在数据存储、信息传递等诸多领域有着重要的应用，而其作为电极材料应用在ES上国际报道还极少，国内还未见报道，并且比电容特别低(< 25F g—1)，粒径分布较窄，制备工艺极其繁琐，难以满足工业化应用的要求。本专利技术采用一种简易的方法制备出粒径可控的钨酸锰电极材料。制备方法简单、实用、高效、成本低，所制备的材料具有特殊的颗粒形貌，粒径分布较宽，并且具有优异的电化学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种粒径可控的。本专利技术所提供的钨酸锰电极材料，其特征为具有可控的粒径，其粒径分布为5 500nmo该粒径可控的钨酸锰电极材料可按包括下述步骤的方法制备(I)用去离子水分别配制浓度为0. 01 5M的锰盐和钨酸盐溶液，和浓度为0 IOM的添加剂溶液；(2)将步骤(I)中得到的锰盐和钨酸盐溶液按钨酸锰的摩尔化学计量比量取，混合搅拌得乳浊液；(3)将步骤(I)得到的添加剂逐滴加入到步骤(2)得到的乳浊液中，来调节乳浊液的pH值；(4)将步骤(3)得到的乳浊液装入水热釜，100 240°C温度下处理得到沉淀物；(5)将步骤⑷得到的沉淀物，用去离子水洗涤数次，在50 100°C干燥2 12小时后，得到具有不同粒度的钨酸锰粉体，该粉体可以作为超级电容器电极材料。上述步骤(I)中所述的锰盐为氯化锰、硫酸锰、乙酸锰、硝酸锰、草酸锰中的一种或几种；所述的钨酸盐为钨酸铵、钨酸钠中的一种或两种；所述的添加剂为氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、硝酸、盐酸、柠檬酸中的一种或者几种。所述步骤⑵的搅拌时间可为I 12小时。所述步骤(3)的pH值可为0 14。所述步骤⑷的热处理时间可为I 48小时。 本专利技术利用水热法的工艺特点，通过优化工艺参数，调整反应物与溶剂种类，获得了粒径可控的钨酸锰粉体。本专利技术采用的原料来源广泛，工艺过程简单，制备参数易于控制，重复性好，可以规模化合成，所用设备简单，而且反应过程的碱或者酸可以多次重复利用，节约了生产成本。采用本专利技术方法制备出钨酸锰粉体的颗粒分布均匀，化学成分均一，有利于与电解液和材料的充分接触，有利于获得优异的电学性能。通过控制添加剂的加入量，调节后续热处理温度和时间，可以控制钨酸锰粉体的粒径大小(5 500nm)，有利于满足具有不同需求的规模化应用。采用本专利技术方法制备的钨酸锰粉体作为超级电容器的电极材料，可以改善超级电容器产品的电化学性能和循环性能。附图说明图I为实施例I中钨酸锰粉体的X-射线衍射图谱。图2为实施例I中钨酸锰粉体的扫描电镜照片。图3为实施例I中钨酸锰粉体的透射电镜照片。图4为实施例I中钨酸锰粉体作为电极材料在不同电压扫描速率(IOmV s'2OmV s 1 >30mV s 1 >40mV s \50mV s \80mV s 1 及 IOOmV s :)时的循环伏安曲线。图5为实施例I中钨酸锰粉体作为电极材料在IA g—1电流密度时的恒流充放电曲线。图6为实施例2中钨酸锰粉体的X-射线衍射图谱。图7为实施例2中钨酸锰粉体的扫描电镜照片。图8为实施例2中钨酸锰粉体的透射电镜照片。图9为实施例2中钨酸锰粉体作为电极材料在不同速率扫描电压(IOmV s'2OmV s 1 >30mV s 1 >40mV s \50mV s \80mV s 1 及 IOOmV s :)时的循环伏安曲线。图10为实施例I中钨酸锰粉体作为电极材料在IA -g^1电流密度时的恒流充放电曲线。具体实施例方式本专利技术的主要实施过程是(I)以锰盐和钨酸盐为起始原料，将其溶解于去离子水中，配制浓度为0. 01 5M的锰盐和钨酸盐溶液，添加剂溶液的浓度0. 01 IOM ；(2)将步骤(I)得到的锰盐和钨酸盐按钨酸锰的摩尔化学计量比量取，混合搅拌得乳浊液；(3)将步骤(I)得到的添加剂逐滴加入到步骤(2)得到的乳浊液中，来调节乳浊液的pH值(4)将步骤(3)得到的乳浊液装入水热釜，100 240°C温度下处理得到沉淀物；(5)将步骤⑷得到的沉淀物，用去离子水洗涤数次，在5 0 100°C干燥2 12小时后，得到具有不同粒度的钨酸锰粉体，该粉体可以作为超级电容器电极材料。以下通过实施例进一步阐明本专利技术的特点，但不局限于实施例。下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。实施例I :以硫酸锰和钨酸钠为起始原料，柠檬酸为添加剂，将其溶解于去离子水中，配成锰盐浓度和钨酸盐浓度均为0. 21M的溶液，添加剂浓度为0. 75M ;按摩尔化学计量比分别量取一定量的锰盐和钨酸盐溶液混合搅拌I小时得乳浊液；在磁力搅拌下，将添加剂逐滴加入到上述乳浊液中，调节其PH为2 ;将此乳浊液装入到水热釜进行热处理，控制温度100°C，连续反应16小时，然后将反应后的溶液分离后得到沉淀物；将获得的沉淀物用去离子水洗涤数次，在50°C干燥4小时后，即可获得目标产物，该产物可以作为超级电容器电极材料。合成材料的等离子体发射谱图显示合成材料的实际组成与理论组成接近。图I为此实施例制备的纳米材料的X-射线衍射图谱，粉体的谱图对应单斜晶系结构的钨酸锰(P2/c)。图2和图3为此样品的场发射扫描电镜照片(FE-SEM的型号JEOL JSM-6700)和透射电镜照片(TEM的型号JEM-2010)，可以看出此产物为单分散的纳米粒子，平均粒径为5 30nm。将此产物与导电炭黑、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按8 I I的质量比混合研磨均匀后，将混合物铺到泡沫镍本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李莉萍，赵明磊，李广社，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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