一种插层酮铝类水滑石电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于超级电容器电极材料技术领域，特别涉及一种插层铜铝水滑石电极材料及其制备方法，将碳酸盐加入含有氢氧根的碱性溶液中，搅拌、溶解；将硝酸铜和硝酸铝混合，去离子水溶解，氮气保护下，将上述混合溶液同时缓慢滴加到Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O溶液中，调节pH值，晶化反应，冷却，将反应得到的液体样品离心分离，取固体，洗涤；将固体真空干燥，得到类水滑石样品，煅烧；然后将煅烧后的样品研磨与乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂混合，涂布在集流体泡沫镍网上，真空干燥即可。本发明专利技术所制备的电极材料的比表面积大，具有优异的电化学特性。本制备方法所用的原料廉价易得，环保、绿色，原子转化率高，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超级电容器电极材料
，特别涉及一种插层铜铝水滑石电极材料及其制备方法。
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。例如韩景宾等申请了“一种基于镍铝水滑石的全固态柔性超级电容器的制备，申请号为201310627666.5，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。陈泽阳等申请了“使用镍铝水滑石纳米材料作为正极材料的超级电容器”申请号为201510180795.3，该专利技术获得了一种镍铝水滑石材料作为电容器的正极材料，但是材料的稳定性不理想。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[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[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]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。现有技术中也有采用氯化铝和氢氧化铜为原料合成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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种插层的铜铝类水滑石电极材料，该材料采用具有插层结构的铜铝水滑石应用于超级电容器作为电极材料，其比表面积大，电化学性能优异。本专利技术的另一个目的是提供一种插层的铜铝类水滑石电极材料的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：一种插层的铜铝类水滑石电极材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳酸盐加入含有氢氧根的碱性溶液中，搅拌，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(2)将硝酸铜和硝酸铝混合，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)中制备的混合溶液同时缓慢滴加到Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O溶液中，滴加的同时进行搅拌，滴加完之后，用酸调节至混合溶液的pH值7.5-9，在70-90摄氏度温度下，晶化10-18小时，冷却至室温，得到液体样品；(4)将步骤(3)中液体样品离心分离，取固体，洗涤；将固体真空干燥，得到Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-类水滑石样品，具有典型的类水滑石形貌；(5)将(4)获得的类水滑石样品在氮气保护下，煅烧温度450-550℃，煅烧时间4-8小时，获得Cu-Al-CuO-C类水滑石；(6)步骤(5)中的Cu-Al-CuO-C类水滑石研磨与乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂混合，涂布在集流体泡沫镍网上，80-100℃真空干燥，得到插层的铜铝类水滑电极材料。所述步骤(1)中，碳酸盐与碱性溶液的加入量配比为0.005-0.02g：1mL。优选的，所述碳酸盐为碳酸钠，含有氢氧根的碱性溶液为氨水或氢氧化钠溶液。所述步骤(1)中的混合溶液中的钠离子浓度为0.01-0.07mol/L；所述步骤(2)中，混合溶液中的铜盐的浓度为0.02-0.1mol/L，铝离子浓度为0.2-1mol/L。优选的，所述Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O的制备方法为：将柠檬酸钠与硝酸铜按照重量比为1-4：1的比例混合，加入乙醇和去离子水，溶解即可。优选的，所述柠檬酸钠与乙醇的加入量配比为3-30mg/mL。优选的，所述乙醇与去离子水的体积比为1-5：2-8。所述步骤(3)中的搅拌转速为200-300r/min，所述调节混合溶液的酸为盐酸或硝酸，浓度为0.2-0.8mol/L。所述步骤(4)的真空干燥温度为70-100℃，干燥时间为12-24小时。所述步骤(6)中，Cu-Al-CuO-C类水滑石、乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂的加入量配比为10-20：1-8:1。优选的，Cu-Al-CuO-C类水滑石、乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂的加入量配比为15-18：1-4:1。一种插层的铜铝类水滑石电极材料，通过上述制备方法获得。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术将制备的插层结构的铜铝水滑石应用于超级电容器作为电极材料，充分发挥了水滑石材料的层间结构特点，比表面积大，通过充放电以及循环稳定性测试，证明该材料具有优异的电化学特性。2、本专利技术提供的制备方法所用的原料廉价易得，环保、绿色，而且原子转化率高，可以降低工业化成本。附图说明图1为实施例1中制备的电极材料的XRD图谱，说明制备的材料具有典型的插层水滑石的形貌。图2为实施例1中制备的电极材料的循环伏安曲线图，其中图a为Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-在不同扫速下的循环伏安曲线图，图b为Cu-Al-CuO-C在不同扫速下的循环伏安曲线图，测试结果表明得到的铜铝水滑石材料发生了氧化还原反应。图3为实施例1中制备的电极材料的循环稳定性测试图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明：实施例1：1)称取0.1g碳酸钠，加入10mL氨水溶液中，充分搅拌均匀，用去离子水溶解定容至100mL混合溶液，通氮气除去溶液中的氧。2)称取0.96g硝酸铜和7.5g硝酸铝，两者混合，用去离子水溶解定容至100mL混合溶液，通氮气除去溶液中的氧。3)将150mg的柠檬酸钠与300mg的硝酸铜混合，加入10mL的乙醇，30mL的去离子水溶解，得到Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O。4)在氮气保护下，将步骤1)和步骤2)所述的混合溶液通过分压漏斗同时缓慢滴加到包含溶液3)的Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O的三口烧瓶中，不停的机械搅拌300r/min。在将步骤1)，2)溶液滴加完之后，用0.2mol/L硝酸调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种插层铜铝类水滑石电极材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳酸盐加入含有氢氧根的碱性溶液中，搅拌，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(2)将硝酸铜和硝酸铝混合，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)中制备的混合溶液同时缓慢滴加到Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O溶液中，滴加的同时进行搅拌，滴加完之后，用酸调节至混合溶液的pH值7.5‑9，在70‑90摄氏度温度下，晶化10‑18小时，冷却至室温，得到液体样品；(4)将步骤(3)中液体样品离心分离，取固体，洗涤；将固体真空干燥，得到Cu‑Al‑[Cu(C6H4O7)]2‑类水滑石样品，具有典型的类水滑石形貌；(5)将(4)获得的类水滑石样品在氮气保护下，煅烧温度450‑550℃，煅烧时间4‑8小时，获得Cu‑Al‑CuO‑C类水滑石；(6)步骤(5)中的Cu‑Al‑CuO‑C类水滑石研磨与乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂混合，涂布在集流体泡沫镍网上，80‑100℃真空干燥，得到插层的铜铝类水滑电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种插层铜铝类水滑石电极材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳酸盐加入含有氢氧根的碱性溶液中，搅拌，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(2)将硝酸铜和硝酸铝混合，用去离子水溶解形成混合溶液，并通入氮气；(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)中制备的混合溶液同时缓慢滴加到Na2[Cu(C6H7O5)]·3H2O溶液中，滴加的同时进行搅拌，滴加完之后，用酸调节至混合溶液的pH值7.5-9，在70-90摄氏度温度下，晶化10-18小时，冷却至室温，得到液体样品；(4)将步骤(3)中液体样品离心分离，取固体，洗涤；将固体真空干燥，得到Cu-Al-[Cu(C6H4O7)]2-类水滑石样品，具有典型的类水滑石形貌；(5)将(4)获得的类水滑石样品在氮气保护下，煅烧温度450-550℃，煅烧时间4-8小时，获得Cu-Al-CuO-C类水滑石；(6)步骤(5)中的Cu-Al-CuO-C类水滑石研磨与乙炔黑导电剂及聚四氟乙烯粘合剂混合，涂布在集流体泡沫镍网上，80-100℃真空干燥，得到插层的铜铝类水滑电极材料。2.根据权利要求1所述的插层铜铝类水滑石电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，碳酸盐与碱性溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：施佳弟，
申请(专利权)人：嘉善蓝欣涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33