本发明专利技术公开了一种铜铝类水滑石材料的制备方法及其应用，制备步骤如下：首先取氨水溶液，将碳酸钠加入搅拌均匀形成混合碱液；再配制硝酸铜和硝酸铝的铜铝离子混合溶液，一并滴加到并配制柠檬酸钠和硝酸铜混合乙醇水溶液中，不停地机械搅拌。用酸调节混合溶液的pH值，然后晶化，再通过离心分离得到固体样品，然后反复洗涤，干燥，获得类水滑石前体，然后通过煅烧，获得Cu‑Al‑CuO‑C类水滑石。本发明专利技术的铜铝水滑石材料具有较好的超电容特性，可将其用作超电容的电极材料。本发明专利技术所用的原料廉价易得，首次合成利用了Na2[Cu(C6H7O5)]配位化合物，原子转化率高，降低工业化成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电极材料的制备工艺，特别是涉及一种类水滑石材料的制备方法及应用，应用于超级电容器电极材料
技术介绍
超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能、节能装置。它即具有电容器可以快速充放电的特点，又具有电化学电池的储能机理。与传统的电容器相比，超级电容器具有高功率的密度、长循环寿命，无污染、较宽的工作温度范围等特点，在动力电源等领域中的应用越来越受到关注。根据储能机理的不同，可以把超级电容器分为双电层超级电容器以及法拉第准电容器。前者利用电子、离子或偶极子在电极/溶液表面的定向排列所产生的双电层来储存电荷，后者则是通过电化学活性物质在电极表面或体相的准二维空间内发生化学吸附、脱附或者氧化还原反应引起的法拉第准电容。在相同的体积或重量的情况下，法拉第准电容比电容量往往是双电层比容量的10-100倍以上。因此，电极材料的性能直接决定电容器的储能品质。目前有文献报道关于镍铝水滑石应用于超级电容器。例如韩景宾等申请的专利申请号为201310627666.5的专利申请公开了一种基于镍铝水滑石的全固态柔性超级电容器的制备方法，在柔性导电布上生长镍铝水滑石阵列，然后填充了纳米粒子在镍铝水滑石表面，，获得了较好的电化学性能。但该工艺制备比较复杂，难于实现批量化生产，并且由于镍的磁性以及腐蚀性较强，不适合大规模产业化应用。陈泽阳等申请的专利申请号为201510180795.3 的专利申请公开了使用镍铝水滑石纳米材料作为正极材料的超级电容器，获得了一种镍铝水滑石材料作为电容器的正极材料，具有较高的容量密度和高功率密度的特性。文出章中并没有给出材料循环稳定性的数据，材料的稳定性是判断一种材料是否适合大规模生产的标准。因此开发一种环境友好的，制备方法简单并且稳定性能好的水滑石材料应用于超级电容器势在必行。铜铝水滑石是一种双金属氧化物，水滑石材料属于阴离子性层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间阳离子可调变性和层间阴离子多样性，可交换的一类化合物，通过离子交换等方法引入的新客体阴离子改变了化合物的结构和组成。利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，可以在超级电容器的充放电过程中实现电荷的存储和释放，形成极大的能量存储。当前，铜铝水滑石研究较少，仅有零星报道关于铜铝类水滑石的制备方法，最常用的是共沉淀法，例如，陈慧琴等公开CuAl水滑石的合成及其催化活性，合成化学，2007，15,233-235。以硝酸铝和硝酸铜为原料采用共沉淀法制备得到了碳酸根离子柱撑CuAl水滑石，由于铜离子导致了明显的Jahn-Teller效应，难以得到结晶度良好的产物。庞秋云公开了铜铝类水滑石的制备及吸附性能研究，曲阜师范大学硕士论文，2009.4。公开了以氯化铜和硝酸铝为原料采用水热法制备得到了铜铝类水滑石，但是团聚现象较严重。申请的专利申请号为201210150905.8的专利文献公开了一种铜铝水滑石的制备方法，采用氯化铝和氢氧化铜为原料合成了结晶度好的铜铝水滑石，但是由于氢氧化铜不稳定极易分解为氧化铜和水，导致得到水滑石晶相不好。所以开发一种大规模制备新型铜铝类水滑石材料成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种铜铝类水滑石材料的制备方法及其应用，可大规模制备插层铜铝类水滑石电极材料，用于提高电容容器的能量密度以及放电电压，方法简单，适用于在超级电容器电极上使用。为达到上述专利技术创造目的，采用下述技术方案：一种铜铝类水滑石材料的制备方法，包括如下步骤：1）称取定量的可溶性碳酸盐，加入含有氢氧根离子的碱性溶液中，充分搅拌均匀，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧；所制备的混合溶液中的碳酸盐的浓度优选为0.1-0.5 g/L；含氢氧根离子的碱性溶液的碱浓度优选为 5-20g/L；所述碳酸盐优选为钠盐和钾盐中任意一种或两种的混合物，所述含有氢氧根离子的碱性溶液优选为氨水溶液和氢氧化钠溶液中任意一种溶液或两种的混合溶液2）称取定量的可溶性铜盐和定量的可溶性铝盐，按照可溶性铜盐和可溶性铝盐的质量配比为（1：4）～（1：11.85）的比例，将可溶性铜盐和可溶性铝盐混合，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧，并使其中所述步骤1）中的可溶性碳酸盐与本步骤中的可溶性铜盐的质量比为（1：1.6）～（1：15）；在所制备的混合溶液中，铜盐的浓度优选为0.8-1.5 g/L，铝盐的浓度优选为6-9.5 g/L；所述铜盐优选为硝酸盐、硫酸盐或氯化物盐中任意一种或任意几种的混合物，所述铝盐优选为硝酸盐、硫酸盐或氯化物盐中任意一种或任意几种的混合物；3）将Na2[Cu(C6H7O5)]溶液注入在三口烧瓶中，在氮气保护下，将所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液通过分压漏斗，同时缓慢滴加到三口烧瓶中的Na2[Cu(C6H7O5)]溶液中形成混合溶液体系，并以200～300 r/min的速度对三口烧瓶中的混合溶液体系不停地进行机械搅拌，当在所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液滴加完之后，用酸调节混合溶液体系的pH值为7.5～9，然后在70～90℃温度下，晶化10～18小时，当反应结束后在混合溶液体系中析出固体产物，然后将混合溶液体系连同固体产物慢慢冷却至室温；作为优选的技术方案，本步骤将150～300 mg的柠檬酸钠与300～600 mg的硝酸铜混合，加入10～15毫升的乙醇，并加入30 毫升的去离子水，柠檬酸钠和硝酸铜溶解后，通过反应得到Na2[Cu(C6H7O5)]溶液；在调节混合溶液体系的pH值时，采用的酸优选为盐酸和硝酸中任意一种酸溶液或两种的混合酸溶液，采用的酸的浓度优选为0.2～0.8 mol/L；4）将在步骤3）中的混合溶液体系中析出固体产物通过离心分离的方法，得到固体样品，再对固体样品反复洗涤，去除固体样品中的可溶物离子，紧接着将固体样品放在干燥的烧杯中置于70-100℃的真空干燥箱中干燥12-24小时，获得含有Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-的类水滑石化合物前体样品，具有典型的类水滑石形貌；5）将在所述步骤4）中获得的含有Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-的类水滑石化合物前体样品在氮气保护下，进行煅烧，煅烧温度450-550 ℃，煅烧时间4-8小时，最终制备得到Cu-Al-CuO-C类水滑石材料。一种本专利技术铜铝类水滑石材料的制备方法的应用，利用铜铝类水滑石材料的制备方法制备Cu-Al-CuO-C类水滑石材料，将在所述步骤5）中合成的Cu-Al-CuO-C类水滑石材料干燥样品研磨制成Cu-Al-CuO-C类水滑石粉体，然后按照Cu-Al-CuO-C类水滑石粉体、乙炔黑和聚四氟乙烯粘合剂的混合比例为（15～18）：（1～4）：1的比例，将Cu-Al-CuO-C类水滑石粉体、乙炔黑和聚四氟乙烯粘合剂均匀混合制成混合浆料，将混合浆料涂覆在集流体泡沫镍网上，置于70～100℃的真空环境下进行干燥烘干，得到插层铜铝类水滑石电极材料。优选按照Cu-Al-CuO-C类水滑石粉体、乙炔黑和聚四氟乙烯粘合剂的混合比例为15:4:1，16:3:1或18:1:1的比例，将Cu-Al-CuO本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铜铝类水滑石材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）称取定量的可溶性碳酸盐，加入含有氢氧根离子的碱性溶液中，充分搅拌均匀，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧；2）称取定量的可溶性铜盐和定量的可溶性铝盐，按照可溶性铜盐和可溶性铝盐的质量配比为（1：4）～（1：11.85）的比例，将可溶性铜盐和可溶性铝盐混合，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧，并使其中所述步骤1）中的可溶性碳酸盐与本步骤中的可溶性铜盐的质量比为（1：1.6）～（1：15）；3）将Na2[Cu(C6H7O5)]溶液注入在三口烧瓶中，在氮气保护下，将所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液通过分压漏斗，同时缓慢滴加到三口烧瓶中的Na2[Cu(C6H7O5)]溶液中形成混合溶液体系，并以200～300 r/min的速度对三口烧瓶中的混合溶液体系不停地进行机械搅拌，当在所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液滴加完之后，用酸调节混合溶液体系的pH值为7.5～9，然后在70～90℃温度下，晶化10～18小时，当反应结束后在混合溶液体系中析出固体产物，然后将混合溶液体系连同固体产物慢慢冷却至室温；4）将在步骤3）中的混合溶液体系中析出固体产物通过离心分离的方法，得到固体样品，再对固体样品反复洗涤，去除固体样品中的可溶物离子，紧接着将固体样品放在干燥的烧杯中置于70‑100℃的真空干燥箱中干燥12‑24小时，获得含有Cu‑Al‑[Cu(C6H4O7)]2‑的类水滑石化合物前体样品；5）将在所述步骤4）中获得的含有Cu‑Al‑[Cu(C6H4O7)]2‑的类水滑石化合物前体样品在氮气保护下，进行煅烧，煅烧温度450‑550 ℃，煅烧时间4‑8小时，最终制备得到Cu‑Al‑CuO‑C类水滑石材料。...
【技术特征摘要】
1.一种铜铝类水滑石材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）称取定量的可溶性碳酸盐，加入含有氢氧根离子的碱性溶液中，充分搅拌均匀，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧；2）称取定量的可溶性铜盐和定量的可溶性铝盐，按照可溶性铜盐和可溶性铝盐的质量配比为（1：4）～（1：11.85）的比例，将可溶性铜盐和可溶性铝盐混合，用去离子水溶解定容，并通氮气除去混合溶液中的氧，并使其中所述步骤1）中的可溶性碳酸盐与本步骤中的可溶性铜盐的质量比为（1：1.6）～（1：15）；3）将Na2[Cu(C6H7O5)]溶液注入在三口烧瓶中，在氮气保护下，将所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液通过分压漏斗，同时缓慢滴加到三口烧瓶中的Na2[Cu(C6H7O5)]溶液中形成混合溶液体系，并以200～300 r/min的速度对三口烧瓶中的混合溶液体系不停地进行机械搅拌，当在所述步骤1）和步骤2）中制备的各混合溶液滴加完之后，用酸调节混合溶液体系的pH值为7.5～9，然后在70～90℃温度下，晶化10～18小时，当反应结束后在混合溶液体系中析出固体产物，然后将混合溶液体系连同固体产物慢慢冷却至室温；4）将在步骤3）中的混合溶液体系中析出固体产物通过离心分离的方法，得到固体样品，再对固体样品反复洗涤，去除固体样品中的可溶物离子，紧接着将固体样品放在干燥的烧杯中置于70-100℃的真空干燥箱中干燥12-24小时，获得含有Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-的类水滑石化合物前体样品；5）将在所述步骤4）中获得的含有Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-的类水滑石化合物前体样品在氮气保护下，进行煅烧，煅烧温度450-550 ℃，煅烧时间4-8小时，最终制备得到Cu-Al-CuO-C类水滑石材料。2.根据权利要求1所述铜铝类水滑石材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1）中，所制备的混合溶液中的碳酸盐的浓度为0.1-0.5 g/L；在所述步骤2）中，在所制备的混合溶液中，铜盐的浓度为0.8-1.5 g/L，铝盐的浓度为6-9.5 g/L。3.根据权利要求1所述铜铝类水滑石材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤1）中，含氢...
【专利技术属性】
技术研发人员：方建慧，李宏，沈霞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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