[发明专利]一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料及其制备方法和应用，属于超级电容器正极材料制备技术领域。该电容材料由Ni₂Co_1‑xMn_x水滑石和介孔碳按摩尔质量比为1:8‑12复合而成，其中x的取值范围为0.025～0.4，尤其在使用寿命和循环稳定性上具有突出优势。在1A/g电流密度下，放电比容量为247～312.61F/g；材料经50000次循环后，其容量保持率在80％以上且阻抗变化不大；当将该复合材料作正极材料并配合商业活性炭负极材料来制备两电极装置时，该装置的能量密度可达20kWh/kg以上。优异的电化学性能和长使用寿命使得该复合材料具有巨大的实用价值和广泛的应用前景。通过水热或溶剂热法制备的材料中介孔碳与镍钴锰滑石结合型非常好，同时其制备方法操作简单，成本低廉，适合扩大化生产。

技术领域

本发明属于超级电容器正极材料制备技术领域，涉及一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展，能源资源的开发和利用越来越受到人们的重视。目前，化石燃料仍是能源的主要来源，但由于其储量有限且污染严重、与全球无碳理念相冲突，因此越来越多的科研工作者将开发可循环利用、绿色友好的新能源作为研究的重点。

目前已被利用的新能源有太阳能、风能、潮汐能等，虽然这些能源取之不尽、用之不竭，但是易受天气、地理位置等条件的影响，并且如果这些能源没有得到及时储存则容易造成资源浪费的现象。因此为了不造成新能源的浪费，达到随取随用的效果，往往将这些新能源和电化学储能器件连用。由于太阳能、风能、潮汐能发电输出不稳定，如果直接接入电网或电池储能器件，会对其造成冲击和破坏。传统电容元件配合电池虽然可以解决新能源输出不稳定的问题，但是其容量过小，全面应用成本高、效益低。

超级电容器因其具有充电率高、功率密度大、绿色环保、安全性好等优点，成为了新能源中的最佳储能器件之一。近年来，由电池和超级电容组成的混合动力系统已应用于可穿戴电子设备、新能源汽车、航天器关键设备等领域。超级电容器主要由电容材料、隔膜、集流体、电解液等组成。其中，常见的电容材料有碳、过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物、磷化物等。在实际应用中，超级电容器应具有放电比容量高、倍率性能好、循环稳定性好、能量密度高、使用寿命长等性能，而这些性能的表现与电容材料的结构特征息息相关。由于实际使用中对超级电容器的性能要求非常严格，因此目前现实投产的只有碳材料。在众多性能中，尤其以循环稳定性和使用寿命极大地限制了电容材料的使用。因此，为了扩大超级电容器中电容材料实际应用的种类，有必要研发一种循环稳定性和使用寿命均优良的电容材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料；本发明的目的之二在于提供一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料的制备方法；本发明的目的之三在于一种提供长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料在超级电容器方面的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料，所述电容材料由Ni₂Co_1-xMn_x水滑石和介孔碳复合而成；

所述Ni₂Co_1-xMn_x水滑石和介孔碳的摩尔质量比为：1:8-12；mmol：mg，其中x的取值范围为0.025～0.4。

优选的，所述x的取值为0.025、0.05、0.075、0.1、0.2、0.3、0.4中的任意一值。

2.所述的一种长寿命介孔碳/镍钴锰水滑石超级电容材料的制备方法，所述方法如下：