一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，属于电极材料技术领域，该氧化锌包覆氧化镍球具有核壳结构，作用超级电容器的电极材料，能够有效控制氧化镍在充放电过程中的体积膨胀，防止氧化镍在充放电中出现粉化。该氧化锌包覆氧化镍球的制备方法包括如下步骤：将氧化镍球分散在乙醇溶剂中，得到氧化镍球的悬浊液；依次加入正硅酸四乙酯和氨水溶液，搅拌水解，离心收集反应产物，干燥，得到二氧化硅包覆氧化镍球；再加入异丙醇、醋酸锌和氢氧化钠，水热反应，离心收集反应产物，高温焙烧后即到氧化锌包覆氧化镍球。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球及其制备方法
本专利技术属于电极材料
，尤其涉及一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球及其制备方法。
技术介绍
在超级电容器中，相比于双电层电容器，采用金属氧化物为电极材料的赝电容电容器，具有更高的比容量和大电流连续充放电能力。在赝电容电容器的电极材料中，氧化镍的单电极比容量达256F/g，且其价格相对较低，成为了关注的焦点。目前，针对氧化镍作为电极材料的研究重点，主要集中在提高比表面积、增大活性位点以及提高材料的导电能力等方面。例如，专利CN103553151A制备了多孔花状氧化镍，专利CN107240507A制备了棒状氧化镍，专利CN105761951A制备了片状氧化镍，其目的均是增大氧化镍的比表面积，增加活性位点。此外，专利CN102354609A制备了石墨烯-氧化镍复合材料，专利CN104332328A制备了聚苯胺-氧化镍复合材料，专利CN103560018A制备了碳纳米管-氧化镍复合材料，其目的均是提高材料的导电性。然而，除了比表面积、活性位点和导电能力外，电极材料在充放电的过程中的体积变化，也会显著影响超级电容器的电学性能以及循环寿命，而上述现有方法制备的氧化镍材料，均无法解决该问题。因而，解决氧化镍在充放电过程中的体积膨胀问题，对于氧化镍电极材料的研究具有重大意义，是氧化镍应用于超级电容器的核心问题之一。
技术实现思路
本专利技术针对上述的技术问题，提出一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球及其制备方法，该方法制备得到的氧化镍球被包裹在氧化锌壳内部，外层的氧化锌壳能够有效控制氧化镍在充放电过程中的体积膨胀，防止氧化镍在充放电中出现粉化。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供了一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，包括如下步骤：将氧化镍球分散在乙醇溶剂中，得到氧化镍球的悬浊液；向上述氧化镍球的悬浊液中依次加入正硅酸四乙酯和氨水溶液，在搅拌下水解反应1h，离心收集反应产物，干燥，得到二氧化硅包覆氧化镍球；向上述得到的二氧化硅包覆氧化镍球中加入异丙醇、醋酸锌和氢氧化钠，在120℃下水热反应2h，离心收集反应产物，干燥后置于450℃下焙烧2h，即到氧化锌包覆氧化镍球。作为优选，所述氧化镍球的悬浊液中氧化镍球的浓度为0.2～0.5g/mL。作为优选，所述氨水溶液的浓度为1mol/L～5mol/L。作为优选，所述正硅酸四乙酯的加入量为(5～30mL)/10g氧化镍球，所述氨水的加入量为(3mL～18mL)/10g氧化镍球，所述异丙醇的加入量为(8～10mL)/10g氧化镍球，所述醋酸锌的加入量为(4～6g)/10g氧化镍球，所述氢氧化钠的加入量为(2～5g)/10g氧化镍球。作为优选，焙烧时以2℃/min的升温速率进行升温。本专利技术还提供了利用上述任一项技术方案所述的制备方法制备得到的用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、本专利技术提供的用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球，具有核壳结构，其氧化镍球被包裹在氧化锌壳内部，外层的氧化锌壳能够有效控制氧化镍球在充放电过程中的体积膨胀，防止氧化镍在充放电中因为膨胀发生粉化；2、本专利技术提供的用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球，最外层氧化锌具有较高的电导率和电子迁移率，使得电子从氧化镍到达氧化锌时电子传输加快，更利于电子的传输，作为超级电容器电极材料，其内阻较小。附图说明图1为本专利技术实施例1所提供的氧化锌包覆氧化镍球材料的透射电镜图；图2为本专利技术对比例1所提供的氧化锌包覆氧化镍球材料的透射电镜图；图3为本专利技术对比例2所提供的氧化锌包覆氧化镍球材料的透射电镜图；图4为采用本专利技术实施例1所提供的氧化锌包覆氧化镍球材料作为超级电容器电极材料时在循环100次前后的交流阻抗图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，包括如下步骤：S1：将氧化镍球分散在乙醇溶剂中，得到氧化镍球的悬浊液。在本步骤中，以乙醇溶剂为溶剂，能够更好地分散氧化镍球。需要说明的是，为了保证分散均匀，可采用超声分散的方式，本领域技术人员可根据分散情况具体选择合适的超声功率和时间，以保证分散均匀为准。S2：向上述氧化镍球的悬浊液中依次加入正硅酸四乙酯和氨水溶液，在搅拌下水解反应1h，离心收集反应产物，干燥，得到二氧化硅包覆氧化镍球。在本步骤中，加入的正硅酸四乙酯提供硅源，加入的氨水溶液为正硅酸四乙酯提供水解环境，正硅酸四乙酯在氧化镍球表面水解，使氧化镍球表面包覆上二氧化硅层。需要说明的是，加入正硅酸四乙酯后，需强力搅拌以混合均匀，加入氨水溶液时需缓慢加入，以避免造成局部快速水解。此外，离心收集反应产物时，本领域技术人员可根据反应产物情况具体选择合适的离心转速和离心时间，以保证反应产物分离完全为准，离心时需采用乙醇和水反复冲洗反应产物。S3：向上述得到的二氧化硅包覆氧化镍球中加入异丙醇、醋酸锌和氢氧化钠，在120℃下水热反应2h，离心收集反应产物，干燥后置于450℃下焙烧2h，即到氧化锌包覆氧化镍球。在本步骤中，加入的醋酸锌作为氧化锌的锌源，加入的异丙醇和氢氧化钠能够为氧化锌提供适宜的成核和成长环境，使二氧化硅层上形成一层氧化锌层，同时，在水热反应时氢氧化钠能够刻蚀掉二氧化硅层，形成以氧化锌层为壳、氧化镍为核的核壳结构，进一步的，经高温焙烧促进氧化锌结晶，使氧化锌壳变得更为致密，同时，随着氧化锌结晶，使氧化锌壳与氧化镍核部分连接，以便于电子传输。需要说明的是，离心收集反应产物时，本领域技术人员可根据反应产物情况具体选择合适的离心转速和离心时间，以保证反应产物分离完全为准，离心时需采用乙醇和水反复冲洗反应产物。在一优选实施例中，所述氧化镍球的悬浊液中氧化镍球的浓度为0.2～0.5g/mL。本优选实施例进一步限定了悬浊液中氧化镍球的浓度范围，氧化镍球浓度过高或过低，均不利于后续二氧化硅层和氧化锌层的包覆，可以理解的是，本领域技术人员可在上述优选浓度范围内任意取值。在一优选实施例中，所述氨水溶液的浓度为1mol/L～5mol/L。本优选实施例进一步限定了正硅酸四乙酯时使用的氨水溶液的浓度，氨水浓度过低，正硅酸四乙酯无法正常水解；氨水浓度过高，正硅酸四乙酯水解过快，无法在氧化镍球表面形成均匀的二氧化硅层。可以理解的是，本领域技术人员可在上述优选浓度范围内任意取值。在一优选实施例中，所述正硅酸四乙酯的加入量为(5～30mL)/10g氧化镍球，所述氨水的加入量为(3mL～18mL)/10g氧化镍球，所述异丙醇的加入量为(8～10mL)/10g氧化镍球，所述醋酸锌的加入量为(4～6g)/10g氧化镍球，所述氢氧化钠的加入量为(2～5g)/10g氧化镍球。本优选实施例进一步限定了各反应物的优选配比范围，按照此优选配比加入各反应物，氧化镍球表面包覆的二氧化硅层和氧化锌层厚度适宜。否则，正硅酸四乙酯用量过多，水解后易于在体相中聚集成核，而无法在氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氧化镍球分散在乙醇溶剂中，得到氧化镍球的悬浊液；向上述氧化镍球的悬浊液中依次加入正硅酸四乙酯和氨水溶液，在搅拌下水解反应1h，离心收集反应产物，干燥，得到二氧化硅包覆氧化镍球；向上述得到的二氧化硅包覆氧化镍球中加入异丙醇、醋酸锌和氢氧化钠，在120℃下水热反应2h，离心收集反应产物，干燥后置于450℃下焙烧2h，即到氧化锌包覆氧化镍球。

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将氧化镍球分散在乙醇溶剂中，得到氧化镍球的悬浊液；向上述氧化镍球的悬浊液中依次加入正硅酸四乙酯和氨水溶液，在搅拌下水解反应1h，离心收集反应产物，干燥，得到二氧化硅包覆氧化镍球；向上述得到的二氧化硅包覆氧化镍球中加入异丙醇、醋酸锌和氢氧化钠，在120℃下水热反应2h，离心收集反应产物，干燥后置于450℃下焙烧2h，即到氧化锌包覆氧化镍球。2.根据权利要求1所述的用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备方法，其特征在于：所述氧化镍球的悬浊液中氧化镍球的浓度为0.2～0.5g/mL。3.根据权利要求1所述的用于超级电容器的氧化锌包覆氧化镍球的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇，杨帅，杨阳，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37