一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法。所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，是以MnCo2O4.5纳米花为核，在其表面上均匀地生长氢氧化镍纳米片，从而制备出具有很高的比容量、充放电稳定性，无需粘结剂和导电剂的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，可用于超级电容器领域，制备工艺简单，操作方便，可重复性高。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法
本专利技术属于超级电容器材料合成
，涉及一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，超级电容器因其高的比容量、高的功率密度、长的循环寿命、轻便小型、高安全性等优点而被广泛地研究。然而在提高超级电容器的比容量、功率密度、稳定性和能量密度等储能性能上取得了一定的成果。但是由于社会的高速发展和需求的进步，现在人们对电子设备的运作高效性、安全性和智能性等方面提出了越来越高的要求，而超级电容器作为主要的能源设备之一，超级电容器通常分为三种基于储能机制和电极材料性质的类型：(1)电化学双层电容器，其中存储电子吸附脱附(纯静电过程)；(2)基于不同的法拉第电容器电荷存储机制，发生在电极表面的氧化还原反应；(3)集合两种机制的混合电容器。但是，双电层的电容器能量密度低，相比之下，法拉第电容器材料由于双电层材料。影响电容器性能的关键因素是：电极材料、与电极材料匹配的电解液与集流体、隔膜和封装制备工艺等。其中，电极材料是超级电容器的关键，也是目前超级电容器研究的重点。碳基材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料是三类研究最多应用最广泛的电极材料。其中，由于金属氧化物可以在电化学环境中发生快速可逆的氧化/还原反应、嵌入/脱出反应或吸附/脱附反应，这种反应是赝电容储存/释放能量的主要形式，故赝电容器理论可存储的能量是双电层电容器的十倍以上，因而其成为现今电容器领域研究的热点。从活性物质作为电极材料的主要组成部分来看，过渡金属氧化物及其氢氧化物(镍锰钴)的研究更是重中之重。氢氧化镍相比于炭基材料，由于拥有更高的比电容而被关注，但是氢氧化镍的离子扩散，和电阻阻碍了其做电极材料的使用，仍需解决这个问题，减少厚度尺寸是有效降低离子扩散阻力来提高电容性能。现有技术CN201810345079.X提供了一种复合电极材料制备方法，包括以下制备步骤：将可溶性二价镍盐、可溶性二价钴盐、六亚甲基四胺、锰酸镧和溶剂混合，得到混合液；将泡沫镍加入混合液中进行水热反应后得到前驱体；将前驱体依次进行干燥、退火得到复合电极材料。本专利技术在导电基底泡沫镍上生长出核壳纳米花结构，直接用作电极，避免了传统涂覆法中导电剂和粘结剂的使用，减少了额外的接触电阻，通过NiCo2O4和LaMnO3的协同作用，拓宽电位窗口，提升了超级电容器的能量密度。现有技术CN201711481492.0公开了一种用于超级电容器的聚丙烯腈/二硫化钼复合材料的制备方法。将二水钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、硫脲(CH4N2S)与聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈(PMMA/PAN)核壳结构混合均匀，经过水热反应后高温碳化，得到MoS2/PAN复合材料。本专利技术公开的制备方法采用PMMA作为模板形成具有均匀大孔的PAN中空球状结构，并在PAN表面生长MoS2纳米花，既方便电解液离子的输运，又有较高的比表面积，有利于形成双电层。现有技术CN201310443177.4公开了一种含有MnCo2O4.5的超级电容器电极材料的制备方法。本专利技术的方法得到的MnCo2O4.5作为超级电容器的电极材料，不但原料储量丰富易得，价格低廉，而且超级电容性能高，大倍率性能号，循环性能稳定。另外，目前尚没有关于纳米花状核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的之一，在于为了解决上述锰钴氧化物电容量低、循环稳定性差等问题而提出的一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料。该纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合材料，具有更高的比表面积和导电性能，当作为电容器电极材料时，具有较高的电容量和充放电稳定性，可应用与超级电容器电极领域·。本专利技术的目的之二，在于提供上述的一种核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料的制备方法，即以锰钴氧化物为前驱体、以氟化铵作为结构导向剂、氯化镍作为镍源，同时在尿素作为外加碱的促进作用下，采用水热-煅烧-水热的方法，制备出了一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，使氢氧化镍纳米片均匀生长在锰钴氧化物核上，从而解决了MnCo2O4.5导电性不好、且容易团聚的问题；另一方面通过氢氧化镍均匀生长在MnCo2O4.5上，解决了其作为超级电容器时所产生的充放电稳定性的问题。本专利技术的一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，是以MnCo2O4.5为核，在其表面均匀地生长氢氧化镍纳米片。本专利技术还提供了上述的一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，其特征在于；所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料是以MnCo2O4.5纳米花为核，在其表面上均匀地生长氢氧化镍纳米片，所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料通过如下步骤的方法制备而成：(1)将六水合氯化钴、四水合氯化锰、氟化铵和尿素，在去离子水中、进行超声分散均匀(功率为500-600W)，从而得到混合溶液；上述混合溶液中，按每升计算，其组分和含量如下：(2)将步骤(1)所得到的混合溶液转入水热釜中，然后放入长度为10mm×50mm泡沫镍，在100～140℃水热反应6h，所得到的泡沫镍经过无水乙醇和去离子水冲洗几次，再用氮气气流吹干，70℃真空干燥12小时；(3)将步骤(2)所制备的泡沫镍放入马弗炉中，在300-350℃煅烧1～3h，即得到负载MnCo2O4.5的泡沫镍；(4)将步骤(3)所得的泡沫镍加入六水氯化镍、氟化铵、尿素的混合溶液中，随后在160-200℃水热反应10h-16h；随后将其用无水乙醇和其离子水冲洗几次，再用氮气气流吹干，并在70℃真空干燥12h，从而制备纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料；上述混合溶液中，按每升计算，其组分和含量如下：作为本专利技术的一种优选技术方案，制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(1)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(4)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：作为本专利技术的一种优选技术方案，制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(1)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(4)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：作为本专利技术的一种优选技术方案，制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(1)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(4)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：作为本专利技术的一种优选技术方案，制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(1)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(4)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：作为本专利技术的一种优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：(1)将六水氯化钴、氯化锰、氟化铵和尿素进行混合，并在去离子水中超声分散均匀，从而得到混合均匀溶液；(2)将步骤(1)所得到的混合溶液转入水热釜中，然后放入10mm×50mm泡沫镍，并在100-140℃水热反应6h，再经过无水乙醇和去离子水冲洗几次，并用氮气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，其特征在于；所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料是以MnCo2O4.5纳米花为核，在其表面上均匀地生长氢氧化镍纳米片，所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料通过如下步骤的方法制备而成：(1)将六水合氯化钴、四水合氯化锰、氟化铵和尿素，在去离子水中、进行超声分散均匀(功率为500‑600W)，从而得到混合溶液；上述混合溶液中，按每升计算，其组分和含量如下：

【技术特征摘要】
1.一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，其特征在于；所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料是以MnCo2O4.5纳米花为核，在其表面上均匀地生长氢氧化镍纳米片，所述的纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料通过如下步骤的方法制备而成：(1)将六水合氯化钴、四水合氯化锰、氟化铵和尿素，在去离子水中、进行超声分散均匀(功率为500-600W)，从而得到混合溶液；上述混合溶液中，按每升计算，其组分和含量如下：(2)将步骤(1)所得到的混合溶液转入水热釜中，然后放入长度为10mm×50mm泡沫镍，在100～140℃水热反应6h，所得到的泡沫镍经过无水乙醇和去离子水冲洗几次，再用氮气气流吹干，70℃真空干燥12小时；(3)将步骤(2)所制备的泡沫镍放入马弗炉中，在300-350℃煅烧1～3h，即得到负载MnCo2O4.5的泡沫镍；(4)将步骤(3)所得的泡沫镍加入六水氯化镍、氟化铵、尿素的混合溶液中，随后在160-200℃水热反应10h-16h；随后将其用无水乙醇和其离子水冲洗几次，再用氮气气流吹干，并在70℃真空干燥12h，从而制备纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料；上述混合溶液中，按每升计算，其组分和含量如下：六水氯化镍0.47-0.7g氟化铵0.2g尿素0.6-1g余量为去离子水。2.如权利要求1所述的一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，其特征在于：制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(1)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：步骤(4)中混合溶液中，按每升计算，其组分含量如下：六水氯化镍0.47g氟化铵0.2g尿素0.6g余量为去离子水。3.如权利要求1所述的一种纳米花核壳型的氢氧化镍纳米片/锰钴氧化物复合电极材料，其特征在于：制备过程步骤(1)和步骤(4)得到的混合溶液中，按每升计算，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪桂根，刘益林，张化宇，党乐阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44