一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法技术领域：
本发明涉及电化学领域，具体的涉及一种高倍率非对称型超级电容器的制备方
法。
背景技术：
超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件。与传统静电电容
器相比，超级电容器具有更高的能量密度与电池相比，具有更大的功率密度。超级电容器具
有瞬间释放特大电流、充放电效率高、循环寿命长等特点。在移动通信、信息技术、消费电
子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域具有重要和广阔的应用前景，在世界范围内引起
了极大关注。超级电容器的研究，主要集中在高性能电极材料和电极的制备上。
超级电容器用电极材料主要分为炭材料、金属氧化物和导电聚合物，超级电容器
电极材料中，应用最为广泛的是各种炭材料。人们在对双电层理论研究的同时，也对影响双
电层电容的材料特性进行了研究。研究发现炭材料的表面积、孔径分布、材料的电导率、表
面状态以及材料的成本是影响超级电容器性能的重要指标。但是，由于炭材料表面很容易
因吸附或物理化学处理等形成有机官能团。因此，充放电过程中，容易发生氧化还原反应产
生赝电容，从而影响超级电容器的性能。对于由于等金属氧化物在电极电解液界面产生的
鹰电容远大于活性炭材料表面的双电层电容，因而有着广阔的应用前景，近年来成为研究
的热点。归纳起来，金属氧化物电极材料主要有氧化钉、氧化镍、氧化钻、氧化锰、氧化铁以
及氧化铝等。但是对于金属氧化物的制备常用的是溶剂热法、化学气相沉积法，物理气相沉
积法等，该方法不适于电极材料的大规模制备，且成本较高。导电聚合物是一种新型的电极
材料，其最大的优点是可以通过分子设计选择相应的聚合物结构，从而进一步提高聚合物
的性能，以得到符合要求的材料。目前仅有有限的导电聚合物可以在较高的还原电位下稳
定地进行电化学型掺杂，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚3,4-乙撑二氧噻吩、聚乙炔等。但掺
杂时存在电阻过大或循环性能不好的问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，该电容器倍率
性能好，充放电稳定性能优异，循环性能好，且制备方法简单，成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在含氧气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至700-800℃，恒温处理1-3h，然后自然
冷却至室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、隔膜、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，电解液灌入封装壳体内部，
制得非对称型超级电容器。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述聚焦高能密度脉冲激光为飞秒、皮秒
或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为
0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为0.1mm/s-10m/s，间距为0.001-2mm。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述含氧气氛为空气气氛。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，MnO2/Mn复合材料中MnO2是由3-5nm的单个
颗粒随机堆积在锰板表面而成的具有多孔性质的微米级颗粒组成。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述隔膜为PP和PE的复合膜、聚乙烯微孔
膜、聚丙烯无纺布中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述电解液为硫酸钾、硫酸钠、氯化钾、氯
化钠、硫酸钾、硝酸钙的水溶液中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述碳纳米管的管径大小为20-50nm。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述电解质溶液的浓度为1-6mol/L。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用激光烧蚀的方法制得纳米氧化锰，其直接长在锰板表面，与基板结合
牢固，分散性好，且该制备方法高效快速，可控性强，可以规模化制备纳米氧化锰；
另一方面本发明选择合适的负极材料、隔膜材料以及电解质溶液，使得制得的超
级电容器具有能量密度大，倍率性能优异、循环稳定性好等优点。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解
释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在空气气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；其中，聚焦高能
密度脉冲激光为飞秒、皮秒或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为
1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为5mm/s，间距为0.001-2mm；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至700℃，恒温处理1h，然后自然冷却至
室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、PP和PE的复合膜、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，浓度为1mol/L的
硫酸钾的水溶液灌入封装壳体内部，制得非对称型超级电容器。
实施例2
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在空气气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；其中，聚焦高能
密度脉冲激光为飞秒、皮秒或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为
1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为5cm/s，间距为0.001-2mm；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至800℃，恒温处理3h，然后自然冷却至
室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、聚乙烯微孔膜、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，浓度为6mol/L的硫
酸钠水溶液灌入封装壳体内部，制得非对称型超级电容器。实施例3
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在空气气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；其中，聚焦高能
密度脉冲激光为飞秒、皮秒或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为
1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为5dm/s，间距为0.001-2mm；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至720℃，恒温处理1.5h，然后自然冷却
至室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、聚丙烯无纺布、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，浓度为2mol/L的氯
化钾水溶液灌入封装壳体内部，制得非对称型超级电容器。实施例4
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在空气气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；其中，聚焦高能
密度脉冲激光为飞秒、皮秒或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为
1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为2m/s，间距为0.001-2mm；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至740℃，恒温处理2h，然后自然冷却至
室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、PP和PE的复合膜、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，浓度为3mol/L的
氯化钠水溶液灌入封装壳体内部，制得非对称型超级电容器。
实施例5
一种高倍率非对称型超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)正极的制备：
首先将锰板用砂纸抛光，清洗干燥后置于激光加工器基台上，然后将聚焦高能密
度脉冲激光束在空气气氛中聚焦于清洁后的锰板表面，最后将激光束以均匀的速度对锰板
表面进行扫描处理，制得MnO2/Mn复合材料，可直接作为超级电容器的正极；其中，聚焦高能
密度脉冲激光为飞秒、皮秒或纳秒型，激光波长为紫外光、可见光或红外光，激光频率为
1KHZ-10MHZ，激光脉冲能量为0.01μJ-1mJ，激光扫描速度为6m/s，间距为0.001-2mm；
(2)负极的制备
将锰板置于石英管中，通入碳源气体，升温至760℃，恒温处理2.5h，然后自然冷却
至室温，制得沉积有碳纳米管的锰板作为超级电容器的负极；
(3)组装
将正极、聚乙烯微孔膜、负极依次叠加成电池包放入封装壳体，浓度为4mol/L的硝
酸钙水溶液灌入封装壳体内部，制得非对称型超级电容器。
经测试，本发明制得的电容器在正反反向反复充放电20000次后，电容量完全没有
衰减；测试时电流密度从5mA增大为50mA，电容器的容量仍保持85％以上，说明本发明制得
的电容器倍率性能优异。