一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法技术

一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法，它涉及一种电极的制备方法。本发明专利技术的目的是为了解决CNSs都是作为颗粒粉体应用，而难于组装成自支撑阵列，不能实现核壳结构柔性电极的问题。方法：一、制备表面负载ZnO微米棒阵列的镍片；二、制备表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片；三、制备表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片，得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片，即为空心镍棒/碳球阵列电极。在50mA g

Method for preparing hollow nickel bar / carbon ball array electrode

The invention relates to a method for preparing a hollow nickel bar / carbon ball array electrode, relating to a method for preparing electrodes. The object of the invention is to solve the problem that CNSs is difficult to be assembled into a self-supporting array as a particle powder and can not achieve the problem of a flexible electrode with a core-shell structure. Methods: first, the preparation of nickel surface load ZnO micron rod arrays; two, the preparation of nickel film surface loaded core-shell structure ZnO/Ni micron rod arrays; three, the preparation of nickel film surface loaded core-shell structure Ni/C micron rod arrays, nickel plate loaded core-shell structure Ni/C micron rod array obtained the surface is hollow nickel / carbon ball electrode array. In 50mA G

【技术实现步骤摘要】
一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法
本专利技术涉及一种电极的制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于其较高的能量密度、无记忆效应等优点而被广泛应用于各种领域。人们在提高锂离子电池的能量密度，延长循环寿命，稳定工作电压，等方面做了很多努力。碳材料因其低成本，含量丰富，优异的电化学性能和环境友好等特点成为最受欢迎的锂离子电池活性材料之一。碳纳米管、石墨烯、富勒烯和碳纳米球(CNSs)都属于碳族。多年以来，研究人员对石墨烯和CNSs等碳材料在锂离子电池、超级电容器、催化剂等领域进行大量研究，并取得了一些进展。CNSs不仅可以直接用做电池或超级电容器的电极材料，而且已经广泛地被用做与金属(例如：铂、铷、铜等)、非金属、金属氧化物(例如：TiO2/CNSs、SnO2/CNSs、MnO/CNSs、Co3O4/CNSs和Fe2O3/CNSs)的复合支架和模板。制备出的诸多复合材料被用来提高材料的功能特性。同时，上述材料不管是以CNSs为模板的方法还是非模板的方法，都是以粉体形式存在，难于将CNSs组装成自支撑阵列柔性电极。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决CNSs都是作为颗粒粉体应用，而难于组装成自支撑阵列，不能实现核壳结构柔性电极的问题，而提供一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法。一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、制备表面负载ZnO微米棒阵列的镍片：①、首先使用丙酮对镍片超声清洗3次～5次，再使用无水乙醇对镍片超声清洗3次～5次，再将其烘干，得到洁净的镍片；步骤一①中所述的镍片的厚度为0.15mm～0.5mm；②、将ZnNO3·6H2O加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，再加入质量分数为25％～28％的氨水，得到混合溶液A；步骤一②中所述的ZnNO3·6H2O的物质的量与去离子水的体积比为0.005mol:(50mL～60mL)；步骤一②中所述的ZnNO3·6H2O的物质的量与质量分数为25％～28％的氨水的体积比为0.005mol:(10mL～20mL)；③、将聚酰亚胺胶带粘贴到步骤一①中得到的洁净的镍片的一个表面上，再浸入到步骤一②中得到的混合溶液A中，再在温度为90℃下反应6h～8h，取出后使用蒸馏水对镍片进行冲洗3次～5次，得到表面负载ZnO微米棒阵列的镍片；二、制备表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片：①、将NiSO4和NH4Cl加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，得到混合溶液B；步骤二①中所述的NiSO4的物质的量与去离子水的体积比为0.005mol:(80mL～120mL)；步骤二①中所述的NH4Cl的物质的量与去离子水的体积比为0.001mol:(80mL～120mL)；②、将步骤一中得到的表面负载ZnO微米棒阵列的镍片作为工作电极，镍片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到步骤二①中得到的混合溶液B中进行电沉积，然后将负载ZnO微米棒阵列的镍片取出，再使用蒸馏水冲洗3次～5次，得到表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片；步骤二②中所述的电沉积是在电化学工作站上完成的，其中电流密度为2.0～3.0mAcm-2，电沉积时间为250s～350s；三、制备表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片；①、将葡萄糖加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，得到混合溶液C；步骤三①中所述的葡萄糖的物质的量与去离子水的体积比为0.2mol:(80mL～120mL)；②、将步骤二中得到的表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片贴有聚酰亚胺胶带的面固定在载玻片上，再按负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列向下的形式浸入到装有混合溶液C的聚四氟乙烯内胆中，再将聚四氟乙烯内胆放入到高压反应釜中；③、将高压反应釜在温度为150℃～200℃下反应2h～5h，再冷却至室温，得到反应物；将反应物取出，再使用蒸馏水冲洗3次～5次，再将反应物在氩气气氛和温度为450℃～550℃下热处理40min～90min，得到表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片，即为空心镍棒/碳球阵列电极。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术首先通过化学浴沉积CBD的方法合成ZnO微米棒阵列并让它垂直的长在镍片上。然后通过电化学沉积ED的方法在ZnO微米棒阵列上制备出核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列，再通过水热法和退火的方法，制备出核壳结构的Ni/C微米棒阵列。这种中空的镍微米管阵列直接与集流体相连，不需要任何导电添加剂，提高了电池的能量密度。更重要的是，在随后的循环性能测试中，以电流密度为50mA/g的条件下，本专利技术制备的空心镍棒/碳球阵列电极在充放电100圈之后容量保持性能非常好；二、在50mAg-1的电流密度下，本专利技术制备的空心镍棒/碳球阵列电极的充电容量高达170mAhg-1；三、本专利技术制备的空心镍棒/碳球阵列电极在100个循环周期后仍保持大于148mAhg-1的容量，这显示出良好的循环性能，保持大于86.8％的容量。本专利技术适用于制备空心镍棒/碳球阵列电极。附图说明图1为实施例一中制备空心镍棒/碳球阵列电极的示意图，图1中1为实施例一步骤一中得到的表面负载ZnO微米棒阵列的镍片，2为实施例一步骤二中得到的表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片，3为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片；图2为实施例一步骤一中得到的表面负载ZnO微米棒阵列的镍片上ZnO微米棒阵列放大5000倍的SEM图；图3为实施例一步骤一中得到的表面负载ZnO微米棒阵列的镍片上ZnO微米棒阵列放大10000倍的SEM图；图4为实施例一步骤二中得到的表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片上核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列放大5000倍的SEM图；图5为实施例一步骤二中得到的表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片上核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列放大10000倍的SEM图；图6为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上核壳结构的Ni/C微米棒阵列放大3000倍的SEM图；图7为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上核壳结构的Ni/C微米棒阵列放大8000倍的SEM图；图8为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上单个破裂的Ni/C微米棒阵列放大8000倍的SEM图；图9为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上核壳结构的Ni/C微米棒阵列放大8000倍的TEM图；图10为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上核壳结构的Ni/C微米棒阵列放大10万倍的TEM图；图11为实施例一步骤三中得到的表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片上核壳结构的Ni/C微米棒阵列放大100万倍的HRTEM图；图12为拉曼光谱图，图12中1为核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的拉曼曲线，2为核壳结构的Ni/C微米棒阵列的拉曼曲线，A为ZnO的吸收峰，D为碳纳米球的SP3键，G为碳纳米球的SP2键；图13为XRD曲线，图13中1为核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的XRD曲线，2为核壳结构的Ni/C微米棒阵列的XRD曲线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备表面负载ZnO微米棒阵列的镍片：①、首先使用丙酮对镍片超声清洗3次～5次，再使用无水乙醇对镍片超声清洗3次～5次，再将其烘干，得到洁净的镍片；步骤一①中所述的镍片的厚度为0.15mm～0.5mm；②、将ZnNO

【技术特征摘要】
1.一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：一、制备表面负载ZnO微米棒阵列的镍片：①、首先使用丙酮对镍片超声清洗3次～5次，再使用无水乙醇对镍片超声清洗3次～5次，再将其烘干，得到洁净的镍片；步骤一①中所述的镍片的厚度为0.15mm～0.5mm；②、将ZnNO3·6H2O加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，再加入质量分数为25％～28％的氨水，得到混合溶液A；步骤一②中所述的ZnNO3·6H2O的物质的量与去离子水的体积比为0.005mol:(50mL～60mL)；步骤一②中所述的ZnNO3·6H2O的物质的量与质量分数为25％～28％的氨水的体积比为0.005mol:(10mL～20mL)；③、将聚酰亚胺胶带粘贴到步骤一①中得到的洁净的镍片的一个表面上，再浸入到步骤一②中得到的混合溶液A中，再在温度为90℃下反应6h～8h，取出后使用蒸馏水进行冲洗3次～5次，得到表面负载ZnO微米棒阵列的镍片；二、制备表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片：①、将NiSO4和NH4Cl加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，得到混合溶液B；步骤二①中所述的NiSO4的物质的量与去离子水的体积比为0.005mol:(80mL～120mL)；步骤二①中所述的NH4Cl的物质的量与去离子水的体积比为0.001mol:(80mL～120mL)；②、将步骤一中得到的表面负载ZnO微米棒阵列的镍片作为工作电极，镍片作为对电极，将工作电极和对电极浸入到步骤二①中得到的混合溶液B中进行电沉积，然后将负载ZnO微米棒阵列的镍片取出，再使用蒸馏水冲洗3次～5次，得到表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片；步骤二②中所述的电沉积是在电化学工作站上完成的，其中电流密度为2.0～3.0mAcm-2，电沉积时间为250s～350s；三、制备表面负载核壳结构的Ni/C微米棒阵列的镍片；①、将葡萄糖加入到去离子水中，再进行超声分散15min～20min，得到混合溶液C；步骤三①中所述的葡萄糖的物质的量与去离子水的体积比为0.2mol:(80mL～120mL)；②、将步骤二中得到的表面负载核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列的镍片贴有聚酰亚胺胶带的面固定在载玻片上，再按含有核壳结构的ZnO/Ni微米棒阵列向下的形式浸入到装有混合溶液C的聚四氟乙烯内胆中，再将聚四氟乙烯内胆放入到高压反应釜中；③、将高压反应釜在温度为150℃～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明华，亓美丽，陈庆国，殷景华，周兆兴，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23