CN105826088B

CN105826088B - 一种具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105826088B
Application number: CN201610303351.9A
Authority: CN
Inventors: 刘天西; 赖飞立; 缪月娥; 左立增
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2036-05-10
Also published as: CN105826088A

Abstract

本发明属于储能材料技术领域，具体为一种具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料及其制备方法。本发明的复合材料以高锰酸钾为前驱体，在由一维碳纳米纤维和二维片状碳构成的具有三维网络结构的碳气凝胶表面原位氧化还原生长二氧化锰纳米片得到；其制备过程包括：静电纺丝、冷冻干燥、热亚胺化、高温碳化和原位氧化还原反应等。所制得的材料充分利用了碳气凝胶高比表面积、高孔隙率的特点，使复合材料拥有更多的化学反应位点和电解液的传导路径，大大改善了二氧化锰赝电容材料自身导电性差、比表面积小的限制，使电化学性能得到了大幅度提升。本发明所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料可作为理想的储能材料被用于超级电容器等领域。

Description

一种具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料及其制备方法

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体涉及一种多维度碳气凝胶/二氧化锰复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，高端智能设备（如触屏手机、平板电脑）的日益普及大大方便了人们的生活，提高了人们的生活品质。然而，智能设备高耗电的特性使其对充电端过分依赖，往往不能满足人们长期使用的要求。为了克服这一难题，科学家们对储能器件的组成材料和组装工艺两方面进行双重考量，希望能尽可能提升储能器件的综合性能。超级电容器作为储能器件，其具有高比电容量、充放电速度快、稳定的循环性等特点，因此已被广泛研究。根据储能机理不同，超级电容器可分为两大类：双电层超级电容器和赝电容超级电容器，其中前者主要包括碳基材料，而后者多指金属氧化物、金属氢氧化物、导电聚合物等材料。

二氧化锰是一种较为常见的金属氧化物，在自然界中以软锰矿形式存在，由于其较高的理论比容量而被人们开发用作超级电容器的电极材料。然而，作为典型的赝电容材料，二氧化锰同样受到其氧化还原充放电机理的限制，表现出不理想的倍率稳定性和循环稳定性，这大大削减了其作为商用电极材料的可能性。为了改善甚至克服上述二氧化锰的缺陷，可以将其与具有优异倍率稳定性和循环性能的碳材料进行杂化得到新型多功能复合材料。因此，寻求合适的碳材料成为改善二氧化锰材料储能性能的有效途径之一。静电纺纳米纤维膜拥有高比表面积、纤维直径可控等显著优点，是一种较为理想的碳材料模板。然而，静电纺丝技术往往只能得到膜状材料，而且微观结构较为单一，这可能不利于电极材料性能的充分发挥。目前，已有相关文献报道，将静电纺纳米纤维进行高速搅拌、重塑后可得到静电纺纳米纤维气凝胶，其三维多级结构十分有利于材料比表面积的提升。在此基础上，本发明希望通过引入高分子组分来进一步提升材料内部微观结构的复杂性，从而为二氧化锰的复合提供更多的活性位点。

本发明旨在通过借助静电纺丝技术、高速搅拌、冷冻干燥、高温碳化等手段构筑具有多级结构的碳气凝胶模板材料，并通过氧化还原反应在其表面原位生长二氧化锰纳米片，得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料。本发明所制备的复合电极材料可作为理想的超级电容器电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备过程简便环保、成本低廉、性能优异的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料及其制备方法。

本发明提供的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，以高锰酸钾为前驱体，在由一维碳纳米纤维和二维片状碳构成的具有三维网络结构的碳气凝胶表面原位氧化还原生长二氧化锰纳米片得到。

本发明提供的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）在机械搅拌下，配制一定浓度的聚丙烯腈（PAN）纺丝液，并借助静电纺丝技术制备聚丙烯腈纳米纤维膜；

（2）通过程序升温，对步骤（1）制备的聚丙烯腈纳米纤维进行预氧化，获得表面有含氧基团的氧化聚丙烯腈（记为o-PAN）纳米纤维膜，并在高速搅拌下将其在水中进行均匀分散，得到聚丙烯腈纳米纤维的分散液；

（3）将水溶性聚酰胺酸高分子溶解在去离子水中，搅拌得到聚酰胺酸溶液；

（4）将步骤（2）和步骤（3）的溶液搅拌、混合，得到均匀分散的o-PAN纳米纤维/聚酰胺酸的共混分散液，并将其冷冻干燥，得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶，记为o-PAN/PAA；

（5）将步骤（4）得到的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶在氮气保护下，进行热亚胺化和碳化两个步骤，得到具有多级结构的聚丙烯腈纳米纤维/聚酰亚胺基碳气凝胶，记为oP；

（6）将步骤（5）得到的碳气凝胶浸没在高锰酸钾溶液中，通过原位氧化还原反应将二氧化锰纳米片生长到碳气凝胶表面，得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，记为oP/MnO₂ 。

本发明步骤（1）中，聚丙烯腈纺丝液所用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，聚丙烯腈纺丝液浓度（质量分数）为10%~15%。

本发明步骤（1）中，所述的静电纺丝参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。

本发明步骤（2）中，所述的程序升温速率为1~2℃/min，升至平台温度230~280℃后保持1.5-2.5 h（优选2 h）。

本发明步骤（2）中，预氧化的聚丙烯腈纳米纤维的高速搅拌利用型号为IKA T25的匀浆机完成，搅拌速度为15000~21000 r/min，优选搅拌速度为18000 r/min，搅拌时间为20~40 min，优选搅拌时间为30 min。

本发明步骤（3）中，所述的水溶性聚酰胺酸的制备方法同专利CN104355302A。

本发明步骤（3）中，水溶性聚酰胺酸制备所用的聚酰亚胺合成用的二元胺单体包括对苯二胺（PPDA）、4,4’-二胺基二苯醚（ODA），二元酐单体包括均苯四甲酸二酐（PMDA）、联苯四羧酸二酐（BPDA）、二苯醚四羧酸二酐（ODPA）。

本发明步骤（3）中，所述的合成聚酰亚胺的极性溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺。

本发明步骤（4）中，所述的分散液总固含量为2.5-3.5%，且PAA的质量分数为30-40%。优选总固含量为3%，且PAA的质量分数为33.3%。

本发明步骤（5）中，所述的热亚胺化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以1.5-2.5的升温速率（优选2℃/min的升温速率）从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃，200℃，300 ℃ 依次保持0.5 h，0.5 h，1 h，然后自然降至室温。

本发明步骤（5）中，所述的碳化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以4-6℃/min的升温速率从室温升至780-820℃（优选以5℃/min的升温速率从室温升至800℃），保持0.5~2h，然后自然降至室温。

本发明步骤（6）中，所述的具有多级结构的碳气凝胶与高锰酸钾的质量比为1:（4-6）（优选质量比为1:5），反应在75-85℃（优选80 ℃）油浴下进行0.5~4h（优选2 h）。

附图1为具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备过程示意图。

本发明所制备的复合电极材料可作为理想的超级电容器电极材料。

使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射仪（XRD）、电化学工作站来表征本发明所获得的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的结构形貌及其用作超级电容器电极材料的储能性能，其结果如下：

（1）SEM测试结果表明：当具有多级结构的碳气凝胶与高锰酸钾反应时间较短时（0.5 h），所得样品oP@MnO₂-0.5 h表面基本没有生长二氧化锰纳米片（附图2A所示），这是因为过短的沉积时间无法使高锰酸钾溶液与碳气凝胶表面进行充分的接触发生氧化还原反应；当延长反应时间后（1 h），所得样品oP@MnO₂-1 h表面均匀地覆盖了一层二氧化锰纳米片，局部出现了较厚的团聚体（附图2B所示），但纤维直径以及片状碳的厚度仍未发生明显的改变；当反应时间继续延长到2 h后，具有多及机构的碳气凝胶表面均匀地生长上了二氧化锰纳米片（附图2C所示），纤维直径也随之增加到600纳米左右，并且碳气凝胶内部结构也得到了很好的维持；当反应时间延长到4 h后，碳气凝胶表面出现了大面积的二氧化锰的沉积（附图2D所示），这种过度的生长可能不利于其作为电化学储能材料性能的提升；

（2）TEM测试结果进一步表明，所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料无论是在碳纳米纤维表面还是片状碳表面都均匀地生长上了二氧化锰纳米片，说明通过这种方法制备赝电容和双电层电容复合电极材料的可行性；

（3）XRD测试结果表明，所制备的具有多级结构的碳气凝胶（oP）具有典型的碳材料衍射峰，2θ = 26°附近的宽衍射峰对应于(002)晶面，说明所制备的碳气凝胶模板的结晶度相对较低；由于二氧化锰纳米片的XRD衍射强度强于碳气凝胶，因此四个不同反应时间的碳气凝胶/二氧化锰复合材料（包括oP@MnO₂-0.5 h、oP@MnO₂-1 h、oP@MnO₂-2 h、oP@MnO₂-4 h）中碳气凝胶的衍射峰被覆盖，只表现出二氧化锰纳米片的衍射峰。从该XRD图中可以看出，碳气凝胶/二氧化锰复合材料在2θ= 12.1°，25.8°，37.2°均有较强的衍射峰，分别对应于二氧化锰纳米片的(001)、(002)和(111)晶面，证明了具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合材料的成功制备；

（4）电化学测试结果表明，所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合材料拥有优异的电化学储能性能，其在扫描速率为2 mV s^-1下的比电容最高可达到394.4 F g^-1，同时还展现出优异的倍率稳定性和循环稳定性。

本发明与现有技术相比，其具有显著的优点：（1）通过在机械分离的静电纺纳米纤维溶液中加入聚酰胺酸高分子组分，从而得到由一维碳纳米纤维和二维片状碳构成的具有多级结构的碳气凝胶，极大地提高了碳材料的比表面积，为二氧化锰的高效沉积提供了更多的活性位点；（2）通过将二氧化锰纳米片均匀地生长到碳气凝胶表面，极大地改善了二氧化锰赝电容材料本身的倍率稳定性/循环稳定性；（3）材料制备工艺简单、重复试验良好，且能进行大规模生产。

附图说明

图1是本发明中具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备过程示意图。

图2是本发明中所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的SEM照片，其中A、B、C、D分别对应于oP@MnO₂-0.5 h、oP@MnO₂-1 h、oP@MnO₂-2 h、oP@MnO₂-4 h。

图3是本发明中所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的TEM照片，所对应组分为：oP@MnO₂-2 h。

图4是本发明中所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的XRD谱图，包括oP、oP@MnO₂-0.5 h、oP@MnO₂-1 h、oP@MnO₂-2 h、oP@MnO₂-4 h。

图5为本发明中所制备的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的电化学性能图，其中A、B、C、D分别对应于不同组分样品在50mV s^-1扫速下的循环伏安曲线图、oP@MnO₂-2 h的充放电曲线、不同组分样品的倍率稳定性能图、不同组分样品在50mV s^-1扫速下的循环稳定性图。

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做各种改动或修改，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3 g聚丙烯腈（PAN）粉末溶解到30 mL DMF溶液中，通过静电纺丝把该聚丙烯腈溶液纺成纳米纤维膜，具体参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。然后，把该聚丙烯腈纳米纤维膜进行预氧化处理，得到预氧化的聚丙烯腈（o-PAN）纳米纤维膜，具体参数为：升温速率为2℃/min，升至平台温度250℃后保持2 h。随后，把1 g的o-PAN纳米纤维高速分散在50 mL去离子水中，得到悬浮液（1）。同时，把溶解有2 g水溶性聚酰胺酸的50 mL溶液倒入悬浮液（1）中，继续搅拌10 min可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的共混分散液。通过模具成型、冷冻干燥可将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸分散液冷冻干燥为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶，记为o-PAN/PAA。经过高温热亚胺化和碳化两个过程，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶转变成由一维碳纳米纤维和二维碳片构成的具有多级结构的碳气凝胶，记为oP。所述的热亚胺化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以2℃/min的升温速率从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃，200 ℃， 300 ℃ 保持0.5 h，0.5 h，1 h后自然降至室温。所述的碳化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以5℃/min的升温速率从室温升至800℃，保持1h后自然降至室温。最后，称取10 mg上述碳气凝胶置于20 mL溶解有50 mg高锰酸钾的溶液中，于80℃油浴条件下反应0.5 h,得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，记为oP@MnO₂-0.5 h。经实验检测，该复合材料在2 mV s^-1的扫速下的比容量为116.1 Fg^-1。

实施例2

将3 g聚丙烯腈（PAN）粉末溶解到30 mL DMF溶液中，通过静电纺丝把该聚丙烯腈溶液纺成纳米纤维膜，具体参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。然后，把该聚丙烯腈纳米纤维膜进行预氧化处理，得到预氧化的聚丙烯腈（o-PAN）纳米纤维膜，具体参数为：升温速率为2℃/min，升至平台温度250℃后保持2 h。随后，把1 g的o-PAN纳米纤维高速分散在50 mL去离子水中，得到悬浮液（1）。同时，把溶解有2 g水溶性聚酰胺酸的50 mL溶液倒入悬浮液（1）中，继续搅拌10 min可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的共混分散液。通过模具成型、冷冻干燥可将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸分散液冷冻干燥为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶，记为o-PAN/PAA。经过高温热亚胺化和碳化两个过程，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶转变成由一维碳纳米纤维和二维碳片构成的具有多级结构的碳气凝胶，记为oP。所述的热亚胺化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以2℃/min的升温速率从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃，200 ℃， 300 ℃ 保持0.5 h，0.5 h，1 h后自然降至室温。所述的碳化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以5℃/min的升温速率从室温升至800℃，保持1h后自然降至室温。最后，称取10 mg上述碳气凝胶置于20 mL溶解有50 mg高锰酸钾的溶液中，于80℃油浴条件下反应1 h,得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，记为oP@MnO₂-1 h。经实验检测，该复合材料在2 mV s^-1的扫速下的比容量为190.3 F g^-1。

实施例3

将3 g聚丙烯腈（PAN）粉末溶解到30 mL DMF溶液中，通过静电纺丝把该聚丙烯腈溶液纺成纳米纤维膜，具体参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。然后，把该聚丙烯腈纳米纤维膜进行预氧化处理，得到预氧化的聚丙烯腈（o-PAN）纳米纤维膜，具体参数为：升温速率为2℃/min，升至平台温度250℃后保持2 h。随后，把1 g的o-PAN纳米纤维高速分散在50 mL去离子水中，得悬浮液（1）。同时，把溶解有2 g水溶性聚酰胺酸的50 mL溶液倒入悬浮液（1）中，继续搅拌10 min可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的共混分散液。通过模具成型、冷冻干燥可将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸分散液冷冻干燥为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶，记为o-PAN/PAA。经过高温热亚胺化和碳化两个过程，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶转变成由一维碳纳米纤维和二维碳片构成的具有多级结构的碳气凝胶，记为oP。所述的热亚胺化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以2℃/min的升温速率从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃，200 ℃， 300 ℃ 保持0.5 h，0.5 h，1 h后自然降至室温。所述的碳化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以5℃/min的升温速率从室温升至800℃，保持1h后自然降至室温。最后，称取10 mg上述碳气凝胶置于20 mL溶解有50 mg高锰酸钾的溶液中，于80℃油浴条件下反应2 h,得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，记为oP@MnO₂-2 h。经实验检测，该复合材料在2 mV s^-1的扫速下的比容量为394.4 F g^-1。

实施例4

将3 g聚丙烯腈（PAN）粉末溶解到30 mL DMF溶液中，通过静电纺丝把该聚丙烯腈溶液纺成纳米纤维膜，具体参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。然后，把该聚丙烯腈纳米纤维膜进行预氧化处理，得到预氧化的聚丙烯腈（o-PAN）纳米纤维膜，具体参数为：升温速率为2℃/min，升至平台温度250℃后保持2 h。随后，把1 g的o-PAN纳米纤维高速分散在50 mL去离子水中，得到悬浮液（1）。同时，把溶解有2 g水溶性聚酰胺酸的50 mL溶液倒入悬浮液（1）中，继续搅拌10 min可得到聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸的共混分散液。通过模具成型、冷冻干燥可将聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸分散液冷冻干燥为聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶，记为o-PAN/PAA。经过高温热亚胺化和碳化两个过程，聚丙烯腈纳米纤维/聚酰胺酸气凝胶转变成由一维碳纳米纤维和二维碳片构成的具有多级结构的碳气凝胶，记为oP。所述的热亚胺化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以2℃/min的升温速率从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃，200 ℃， 300 ℃ 保持0.5 h，0.5 h，1 h后自然降至室温。所述的碳化过程（氮气保护下进行）的具体参数如下：以5℃/min的升温速率从室温升至800℃，保持1h后自然降至室温。最后，称取10 mg上述碳气凝胶置于20 mL溶解有50 mg高锰酸钾的溶液中，于80℃油浴条件下反应4 h,得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，记为oP@MnO₂-4 h。经实验检测，该复合材料在2 mV s^-1的扫速下的比容量为323.8 F g^-1。

上述的电化学测试方法中相关的工艺参数如下：将具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料与乙炔黑、PTFE 乳液（60%）按质量比8:1:1 均匀混合，然后涂敷在泡沫镍集流体上。其中，PTFE乳液需要用乙醇破乳。将涂敷好的泡沫镍电极放在120 ℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，通过质量差减法计算涂在泡沫镍集流体上的电极材料的质量。最后通过压片机将所制备的电极片在10 MPa 的压力下维持1 min，即可制备得到测试所需用的电极片。

Claims

1.一种具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：

（1）在机械搅拌下，配制聚丙烯腈PAN纺丝液，并采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈纳米纤维膜；

（2）通过程序升温，对步骤（1）制备的聚丙烯腈纳米纤维膜进行预氧化，获得表面有含氧基团的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜，并在高速搅拌下将其在水中进行均匀分散，得到氧化聚丙烯腈纳米纤维膜的分散液；所述程序升温速率为1~2℃/min，升至平台温度230~280℃后保持1.5-2.5 h；

（3）将水溶性聚酰胺酸高分子溶解在去离子水中，高速搅拌得到聚酰胺酸溶液；搅拌速度为15000~21000 r/min，搅拌时间为20~40 min；

（4）将步骤（2）和步骤（3）的溶液搅拌、混合，得到均匀分散的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜/聚酰胺酸的共混分散液，并将其冷冻干燥，得到氧化聚丙烯腈纳米纤维膜/聚酰胺酸气凝胶；所述的共混分散液总固含量为2.5-3.5%，且聚酰胺酸的质量分数为30-40%；

（5）将步骤（4）得到的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜/聚酰胺酸气凝胶在氮气保护下，进行热亚胺化和碳化两个步骤，得到具有多级结构的氧化聚丙烯腈纳米纤维膜/聚酰亚胺基碳气凝胶；所述的热亚胺化过程的具体参数如下：以1.5-2.5℃/min的升温速率从室温升至300 ℃，并分别在100 ℃、200 ℃、300 ℃ 依次保持0.5 h、0.5 h、1 h，然后自然降至室温；所述的碳化过程的具体参数如下：以4-6℃/min的升温速率从室温升至780-820℃然后自然降至室温；

（6）将步骤（5）得到的碳气凝胶浸没在高锰酸钾溶液中，通过原位氧化还原反应将二氧化锰纳米片生长到碳气凝胶表面，得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料；所述的具有多级结构的碳气凝胶与高锰酸钾的质量比为1:（4-6），反应在75-85℃油浴下进行0.5~4h。

2.根据权利要求1所述的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的聚丙烯腈纺丝液所用的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，聚丙烯腈纺丝液的质量浓度为10%~15%。

3.根据权利要求1或2所述的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的静电纺丝工艺参数为：电压为15~20 kV，纺丝容器为针孔直径为0.5 mm的5 mL医用注射器，流速为0.2~0.3 mm/min，接收距离为10~20 cm。

4.一种由权利要求1-3之一所述的制备方法得到具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料。

5.如权利要求4所述的具有多级结构的碳气凝胶/二氧化锰复合电极材料，作为超级电容器的电极材料的应用。