一种超级电容器电极材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于超级电容器的电极材料及其制备方法。

背景技术：

随着能源危机的日益加剧，新能源材料的开发和研究受到了广泛关注。其中，超级电容器作为一种新型的储能器件，兼具了电池高能量以及电容器高功率的优点，具备充电快速、电阻小、储能大、寿命长、安全可靠的特点。以金属氧化物作为电极材料的赝电容器是近年来新提出的储能器件，由于其储能密度是双电层电容器的 10~100倍以上，逐步取代双电层电容器成为人们研究的热点。

目前，大多数用于赝电容器的金属氧化物都是过渡金属氧化物，例如NiO，Co₂O₃，Fe₃O₄，Mn₂O₃, RuO₂，NiFe₂O₄，CoFe₂O₄等等。这类材料具有环境友好、低成本等优点，但是它们的电阻值较高，后期进行器件组装时还需要加入导电添加物，实际应用过程中的比电容值还是远低于理论值。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种比电容值高、成本低廉的电极材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种超级电容器电极材料，该电极材料的化学式为La_1-xCa_xCoO₃，其中，0.05≤x≤0.45。其中x优选范围：0.25～0.37。

本发明还提供了上述电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）分别取金属La、Ca、Co的硝酸盐或氯化盐，以及柠檬酸，加入水中，搅拌均匀得到混合溶液；所述金属La、Ca、Co的摩尔比为1-x:x:1，其中，0.05≤x≤0.45；所述柠檬酸与金属Co的摩尔比为2：1～3：1；

（2）取脱脂棉加入步骤（1）中制备的混合溶液中，吸附5～30min后得到脱脂棉/溶液混合物；所述脱脂棉的加入量为每0.1mol金属Co取10～40g；

（3）将步骤（2）制备得到的混合物放置在烘箱中，100～140℃下干燥2～5h后得到前驱体；

（4）将步骤（3）中制备得到的前驱体置于马弗炉中，以升温速率8～15℃/min加热到800～1000℃，保温1～3 h，即可得到所述La_1-xCa_xCoO₃。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1. 本发明制备的La_1-xCa_xCoO₃，其内部结构中的电子可以在不同价态的离子之间跃迁，具有优异的导电性，在后期器件组装过程中可以极大的减少导电添加物的用量。

2. 本发明制备的超级电容器电极材料具有较高的比电容值，并且循环稳定特性优异。

3. 本发明的超级电容器电极材料制备方法简单，操作便捷，适合一定规模和工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的电极材料的XRD图；

图2为本发明实施例2制备得到的电极材料的SEM图；

图3为本发明实施例3制备得到的电极材料的比电容值随扫描速率的变化关系图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

（1）称取41.136g六水合硝酸镧、1.181g四水合硝酸钙、29.103g六水合硝酸钴和46.231g一水合柠檬酸加入到去离子水中（去离子水的加入量以充分溶解为宜），均匀搅拌后制得混合溶液；

（2）称取40g脱脂棉加入到混合溶液中，吸附30min后得到脱脂棉/溶液混合物；

（3）将步骤（2）的混合物放置在烘箱中，140℃干燥2h得到前驱体；

（4）将前驱体置于马弗炉中，以升温速率8℃/min加热到1000℃，保温3 h，即可得到超级电容器用电极材料La_0.95Ca_0.05CoO₃。

经测定，所制备的超级电容器电极材料表现为纯相的钙钛矿结构，其XRD图谱如图1所示。当扫描速度为50mV/s时，比电容值达到817F/g，表现出优异的电化学性能。

实施例2：

（1）称取36.806g六水合硝酸镧、2.205g二水合氯化钙、23.793g六水合氯化钴和55.752g一水合柠檬酸加入到去离子水中，均匀搅拌后制得混合溶液；

（2）称取30g脱脂棉加入到混合溶液中，吸附5min后得到脱脂棉/溶液混合物；

（3）将步骤（2）的混合物放置在烘箱中，100℃干燥5h得到前驱体；

（4）将前驱体置于马弗炉中，以升温速率15℃/min加热到800℃，保温1h，即可得到超级电容器用电极材料La_0.85Ca_0.15CoO₃。

经测定，当扫描速度为50mV/s时，所制备的超级电容器电极材料的比电容值达到875F/g，表现出优异的电化学性能。所制备材料的微观形貌图如图2所示，从图中可以看出，制得的超级电容器电极材料呈现无规则纳米颗粒形貌，颗粒粒径为30~100nm，具备较高的比表面积。。

实施例3：

（1）称取25.996g七水合氯化镧、4.410g二水合氯化钙、29.103g六水合硝酸钴和63.042g一水合柠檬酸加入到去离子水中，均匀搅拌后制得混合溶液；

（2）称取25g脱脂棉加入到混合溶液中，吸附10min后得到脱脂棉/溶液混合物；

（3）将步骤（2）的混合物放置在烘箱中，120℃干燥4h得到前驱体；

（4）将前驱体置于马弗炉中，以升温速率10℃/min加热到900℃，保温2h，即可得到超级电容器用电极材料La_0.7Ca_0.3CoO₃。

图3所示为制备得到的电极材料的比电容值随扫描速率的变化关系图，从图中可以看出当扫描速度为50mV/s时，所制备的超级电容器电极材料的比电容值达到975F/g，表现出优异的电化学性能。

实施例4：

（1）称取20.425g七水合氯化镧、6.615g二水合氯化钙、23.793g六水合硝酸钴和42.028g一水合柠檬酸加入到去离子水中，均匀搅拌后制得混合溶液；

（2）称取10g脱脂棉加入到混合溶液中，吸附20min后得到脱脂棉/溶液混合物；

（3）将步骤（2）的混合物放置在烘箱中，110℃干燥3h得到前驱体；

（4）将前驱体置于马弗炉中，以升温速率12℃/min加热到900℃，保温2 h，即可得到超级电容器用电极材料。

经测定，当扫描速度为50mV/s时，所制备的超级电容器电极材料的比电容值达到930F/g，表现出优异的电化学性能。