ZnMn2O4电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种ZnMn2O4电极材料及其制备方法和应用，所述ZnMn2O4电极材料，其特征在于，是采用如下摩尔比的原料制备的：硝酸锰∶硝酸锌∶柠檬酸∶十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）=2.3～1.8:1.2～0.8:1.3～0.8:1.2～0.7。本发明专利技术采用操作简单、便捷的溶剂热法制备出ZnMn2O4材料，具有比电容高，循环稳定性好的优点，其在碱性KOH电解液中的高比电容和稳定的工作状态，可应用在高稳定性，高功率的密度电源的场合。

【技术实现步骤摘要】
ZnMn2O4电极材料及其制备方法
[0001 ] 本专利技术涉及一种电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器作为一种新型贮能元件具有高功率、长寿命等独特优点，在消费电子产品、UPS(不间断电源系统)以及电动车用的混合电源系统等方面具有广阔的应用前景。超级电容器根据储能机理的不同，分为炭基超级电容器(双电层电容器)和以金属氧化物以及导电聚合物为电极材料的准电容电容器。在这两类超级电容器中，炭基超级电容器所用的活性炭的比电容较低，限制了超级电容器器件的性能。众所周知，提高贮能器件的比能量可以减轻其自身的质量，应用于电动车可以减轻车身的重量，因此具有重大的现实意义。而要提高贮能器件的比能量就要提高其关键电极材料的比电容。以金属氧化物为电极材料的准电容电容器正好能满足上述要求，准电容氧化物材料的比电容可达炭电极材料的数倍，因此成为国内外的研究热点。近年所研究的金属氧化物材料中，RuO2.XH2O由于比电容高达768F/g而一直处于领先地位，如文献[J.P.Zheng, J.Electrochem.Soc., 142(1995):L6-L8.]的报导。然而，由于钌具有高昂价格的缺点而难以商品化。因此研究方向逐渐转移到 NiO，如文献[F.Zhang, Mater.Chem.Phys.,83 (2004):260-264.]、V2O5 [H.Y.Lee, J.Solid State Chem., 148 (1999): 81-84.], MnO2 [Y.U.Jeong, J.Electrochem.Soc., 149 (2002):A1419-A1422.] Co3O4[Lin Cao, Yingke Zhou, Mei Lu, HulinL1.Chinese Sc1.Bulletin.48 (2003): 1212-1215]等的报导上来。其中 MnO2 由于价格低廉、对环境友好而受到国内外研究者的广泛关注。作为超级电容器电极材料的Mn02的制备方法有:电沉积法，如文献[J.N.Broughton, Electrochimica Acta, 50(2005):4814-4819.]的报导、水热法，如文献[V.Subramanian, J.Power Sources, 159(2006):361-364.]白勺报导，以及共沉淀法，如文献[M.Toupin, Chem.Mater., 14 (2002) 3946-3952.]等的报导，其比电容在 400F/g 左右。与RuO2.XH2O相比，MnO2的比电容还有待进一步提高。据报道MnO2的理论比电容高达1370F/g,如文献[Mathieu Toupin, Chem.Mater.,16(2004):3184-3190.]的报导。研究者利用氧化锌的良好导电率[J.Liu，C.Cheng, ff.Zhou, H.Li and H.J.Fan, Chem.Commun.47 (2011) 3436.] ; [G.R.Li, Z.L.Wang, F.L.Zheng, Y.N.0u and Y.X.Tong, J.Mater.Chem.21 (2011)4217.]，制备了 Zn0/Mn02 材料来提闻其比电容。Μ.P.Yu 等[Μ.P.Yu, H.T.Sun, X.Sun, F.Y.Lu, G.K.Wang, Τ.Hu, H.Qiu, JLian, Int.J.Electrochem.Sc1.,8(2013)2313 - 2329.]采用水热法制备了 Zn0/Mn02 电极材料。采用XRD、SETEM、XPS和拉曼光谱表征了核壳材料的结构和形貌。结果表明，Ζη0/Μη02核壳结构具有纳米尺度结构，形成了高度开放和多孔纳米表面形貌并且具有相对高的结晶度。电化学性能测试表明样品具有优异的可逆性和充放电性能，Ζη0/Μη02纳米材料在IMNaSO4电解液中测试，循环伏安测试表明电极在0-0.8V的电位范围内具有很高的可逆性，Ζη0/Μη02纳米材料在10mV/S时比电容达151F/g ;在恒定电流密度2A/g时，其材料的比电容仍高达210F/go电极材料经2000次循环后的比电容(电位范围为0-0.8V)保持为初始的97%，具有良好的循环性能。Xing Sun 等[X.Sun, Q.Li, Y.N.Lu, Y.B.Ma0.Chem.Commun.，49 (2013)，4456—4458]采用水热法制备了三维Ζη0/Μη02核壳结构电极材料。采用XRD、HRTEM、EDS、XPS和SEM表征了复合材料的结构和形貌。结果表明，Ζη0/Μη02具有纳米尺度结构，不同温度焙烧下材料也在纳米尺度并且具有相对高的结晶度。电化学性能测试表明样品具有优异的可逆性和充放电性能，三维ZnCVMnO2核壳结构在焙烧温度300°C，循环伏安测试表明电极在-0.2-0.6V的电位范围内具有很高的可逆性，恒定电流密度0.02A/cm2时，其材料的比电容高达31.299F/g。而关于研究Zn-Mn复合金属氧化物材料ZnMn2O4应用到锂电池方面的已有报导，如文献[J.G.Kim, S.H.Lee, Y.Kim, ff.B.Kim.App1.Mater.1nterfaces, 5 (2013) 1121-11328], [S.ff.Kim, H.ff.Lee, P.Mural idharan, D0.H.Seo, ff.S.Yoon, D.K.Kim, K.Kang, NanoRes.4(2011)505 - 510]。但是ZnMn2O4材料应用到超级电容器中来提高比电容的电极材料目前未见报道，因此开发其Zn-Mn金属复合氧化物ZnMn2O4材料来提高比电容的高性能超级电容器新的电极材料显得尤为重要。综上所述，未见国内外的研究者们将Zn-Mn复合金属应用到超级电容器上的报道，因此研究Zn-Mn材料新的制备方法和提高其比电容是有很大研究价值的。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种ZnMn2O4电极材料及其制备方法，以满足相关领域发展的需要。所述的ZnMn2O4电极材料，是采用如下摩尔比的原料制备的:硝酸锰:硝酸锌:柠檬酸:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) =2.3?1.8:1.2?0.8:1.3 ?0.8:1.2 ?0.7 ；优选的，是采用如下摩尔比的原料制备的:硝酸锰:硝酸锌:柠檬酸:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) =2:1:1:0.5 ；所述ZnMn2O4电极材料制备方法包括如下步骤:将硝酸锰、硝酸锌、柠檬酸和CTAB，加入乙醇中，搅拌I?3小时，获得含有硝酸锰、硝酸锌、柠檬酸和CTAB的混合溶液；所述混合溶液中，硝酸猛的摩尔浓度为3.0?5.0mmo I/ml ；然后在100?200°C，优选下热处理24?72小时，优选48小时，即可获得所述的ZnMn2O4电极材料；采用上述方法获得的ZnMn2O4电极材料，可用于制备超级电容器电极材料。本专利技术的优点和积极效果是:采用操作简单、便捷的溶剂热法制备出ZnMn2O4材料，首次将ZnMn2O4材料应用在超级电容器中，ZnMn2O4电极材料在充放电过程中电解液离子在其体相中嵌入和脱出，电极材料的结晶性越低，越有利于离子的嵌入和脱出，材本文档来自技高网...

【技术保护点】
ZnMn2O4电极材料，其特征在于，是采用如下摩尔比的原料制备的：硝酸锰∶硝酸锌∶柠檬酸∶十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）=2.3～1.8:1.2～0.8:1.3～0.8:1.2～0.7。

【技术特征摘要】
1.ZnMn2O4电极材料，其特征在于，是采用如下摩尔比的原料制备的: 硝酸锰:硝酸锌:柠檬酸:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) =2.3?1.8:1.2?0.8:1.3 ?0.8:1.2 ?0.7。2.根据权利要求1所述的ZnMn2O4电极材料，其特征在于，是采用如下摩尔比的原料制备的:硝酸锰:硝酸锌:柠檬酸:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) =2:1:1:0.5。3.根据权利要求1或2所述的ZnMn2O4电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵家昌，张嘉敏，杜铁牛，王淑云，李伟飞，徐菁利，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：