CN103451699B - 一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，包括：将体积比为1:1:1的硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液混合，加入添加剂后混合均匀，得到电解液；在三电极***电化学沉积技术条件下，采用恒电位法进行电沉积电解液，沉积20‑40分钟，反应完成后将样品送入真空干燥箱干燥，后续在管式炉中退火处理2‑3小时，即得。本方法工艺简单、经济、易于操作，制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片在超级电容器、锂离子电池材料等方面有应用潜力。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器材料的制备领域，特别涉及一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法。
背景技术
当今社会，化石能源日益短缺，人类面临着严重的能源与环境问题。研发环境友好的能量贮存和回收装置，是解决能源问题的有效途径之一。超级电容器是近年来发展起来的一种新型储能装置，具有功率密度高、使用寿命长、工作温度宽及充放电迅速等优异特性。在通讯、汽车、电力、铁路、国防、消费型电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，引起了国内外科学家的广泛兴趣。众所周知，超级电容器电极材料主要有三大类，即多孔碳材料、导电聚合物和过渡金属氧化物。
在这些材料中,过渡金属氧化物因化合价丰富，其比电容一般是碳材料的2～3倍，引起了广大科研工作者的普遍关注。目前，单一过渡金属氧化物材料存在倍率性或循环稳定性差的问题[H.Jiang et al.Energy Environ.Sci.,2011,4,1813.]，对过渡金属氧化物的研究已从单一材料转移到了三元乃至多元复合材料，然而多元复合材料的制备方法比较复杂[J.P.Liu et al.Adv.Mater.,2011,18,2076]，因此发展一种简单的合成方法成为一项重要的挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，该方法制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；得到的产品具有优异的倍率性能以及超长循环寿命，可大大拓展电化学电容器材料的制备方法与应用领域。
本发明的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，包括：
（1）将体积比为1:1:1的硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液混合，获得均一溶液后加入一定量的添加剂，再次混合均匀，得到电解液；
（2）采用三电极***电化学沉积技术，恒电位法进行电沉积电解液，沉积20-40分钟，反应完成后将样品送入真空干燥箱干燥，后续在管式炉中退火处理2-3小时，即得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料。
所述步骤（1）中硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液的浓度均为0.5M。
所述步骤（1）中添加剂为二甲基亚砜。
所述步骤（1）中添加剂的用量为硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液混合溶液总体积的5%～10%。
所述步骤（2）中三电极***电化学沉积技术为：三电极电沉积池中装入电解液，选择Ag/AgCl 作为参比电极，对电极为石墨电极，以石墨纸为集流体。
所述步骤（2）中依托Autolab电化学工作站平台，采用恒电位法进行电沉积电解液。
所述步骤（2）中恒电位法进行电沉积电解液的电压为-1V。
所述步骤（2）中干燥为：在60-80℃下干燥3-5h。
所述步骤（2）中退火为：在管式炉中，200-300℃下退火2-3h，期间升温速率控制在1-10℃min-1。
所述步骤（2）中所得的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片厚度为10±5纳米。
本发明制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片具有良好的电化学性能性，倍率性能优且循环25000次后比电容仍有初始值的103%。
本发明采用电化学沉积法，首次一步制备出了一种多元复合超薄Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片。材料制备方法简单，经过实验参数调控获得了倍率性能优且超长循环寿命的多元复合材料；本发明通过简单的电化学沉积技术，成功合成的超薄、电化学性能优异的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片，材料具有优异的电化学性能，为能源的绿色存储做出了贡献。
有益效果
（1）本发明所制得的多元复合、电化学性能优异的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片面积大、分布均匀；
（2）本发明的制备方法操作简单，不需要复杂设备，成本低廉；
（3）本发明所制得的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片具有优异的倍率性能以及超长循环寿命，可大大拓展电化学电容器材料的制备方法与应用领域。
附图说明
图1为本发明中制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片的低倍扫描电镜图片；
图2为本发明中制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片的XPS图片；
图3为本发明中制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片的倍率性能测试图片；
图4为本发明中制备的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片的循环稳定性测试图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将0.5M的硝酸锰、硝酸镍和硝酸钴三种溶液等体积混合，加入5%（体积分数）的二甲基亚砜，混合均匀后即成电解液。依托Autolab电化学工作站平台，采用恒电位法，在-1V电 压下电沉积电解液，沉积时间为40min。反应完成后，用去离子水冲洗2-3次，送入干燥箱，60℃下干燥3小时。最终送入管式炉在200℃下，退火2小时获得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片。
实施例2
将0.5M的硝酸锰、硝酸镍和硝酸钴三种溶液等体积混合，加入10%（体积分数）的二甲基亚砜，混合均匀后即成电解液。依托Autolab电化学工作站平台，采用恒电位法，在-1V电压下电沉积电解液，沉积时间为30min。反应完成后，用去离子水冲洗2-3次，送入干燥箱，60℃下干燥3小时。最终送入管式炉在200℃下，退火3小时获得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片。
实施例3
将0.5M的硝酸锰、硝酸镍和硝酸钴三种溶液等体积混合，加入5%（体积分数）的二甲基亚砜，混合均匀后即成电解液。依托Autolab电化学工作站平台，采用恒电位法，在-1V电压下电沉积电解液，沉积时间为20min。反应完成后，用去离子水冲洗2-3次，送入干燥箱，70℃下干燥3小时。最终送入管式炉在250℃下，退火3小时获得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片。
实施例4
将0.5M的硝酸锰、硝酸镍和硝酸钴三种溶液等体积混合，加入5%（体积分数）的二甲基亚砜，混合均匀后即成电解液。依托Autolab电化学工作站平台，采用恒电位法，在-1V电压下电沉积电解液，沉积时间为20min。反应完成后，用去离子水冲洗2-3次，送入干燥箱，60℃下干燥3小时。最终送入管式炉在250℃下，退火2小时获得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2纳米片。
Claims (6)
1.一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，包括：
(1)将体积比为1:1:1的硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液混合，获得均一溶液后加入添加剂，再次混合均匀，得到电解液；其中，硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液的浓度均为0.5M；
(2)采用三电极***电化学沉积技术，恒电位法进行电沉积电解液，沉积20-40分钟，反应完成后将样品送入真空干燥箱干燥，然后退火处理2-3小时，即得Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料；其中，三电极***电化学沉积技术为：三电极电沉积池中装入电解液，选择Ag/AgCl作为参比电极，对电极为石墨电极，以石墨纸为集流体；恒电位法进行电沉积电解液的电压为-1V。
2.根据权利要求1所述的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中添加剂为二甲基亚砜。
3.根据权利要求1所述的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中添加剂的用量为硝酸锰溶液、硝酸钴溶液、硝酸镍溶液混合溶液总体积的5％～10％。
4.根据权利要求1所述的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中干燥为：在60-80℃下干燥3-5h。
5.根据权利要求1所述的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中退火为：在管式炉中，200-300℃下退火2-3h，期间升温速率控制在1-10℃·min-1。
6.根据权利要求1所述的一种Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片超级电容器材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所得的Mn0.12Co0.94Ni0.51O2超薄纳米片厚度为10±5纳米。
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