铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法及其应用，铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法包括准备步骤、电沉积步骤及干燥步骤。准备步骤：将含铁化合物、含镍化合物、表面活性剂及缓冲剂溶于溶剂中形成含铁镍源溶液；电沉积步骤：将含铁镍源溶液放入电解槽中作为电沉积溶液，将碳材料作为阴极，将铁板和镍板作为双阳极，以设定电流密度进行电沉积后，静置，去除溶剂，得到中间复合物；及干燥步骤：将中间复合物干燥后得到铁镍氧化物包覆碳材料。

Preparation and Application of Iron-Nickel Oxide Coated Carbon Material

【技术实现步骤摘要】
铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及电化学
，尤其是一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法及其应用。
技术介绍
随着人们对能源问题以及环境恶化的重视，使用清洁能源和开发新能源技术成为当下共识。锂离子电池技术作为一种新型储能技术，能够高效储存和转化能源，但是锂离子电池功率密度不足。而电容器可以实现高功率充放电，电容器与锂离子电池形成锂离子电容器具有广阔的应用前景，然而电容器在能量密度上的不足，以及单一材料使用导致部分方面性能不足，限制了其进一步发展。目前应用于电容器电极的材料有碳材料、过渡金属氧化物以及导电聚合物等。碳材料作为最早应用于电容器电极的材料，其应用最为广泛，同时碳材料具有良好的稳定性。然而基于碳材料电极的单一的双电层电容行为，难以获得更高比电容。铁、镍等过渡金属的氧化物基于类电池的氧化还原行为，拥有高比电容。此外，除了电容器电极材料之外，在诸如锂离子电池的电极材料中，铁、镍等过渡金属是氧化物作为锂离子电池的负极也展现出比碳材料高3～4倍的容量，但是铁、镍等过渡金属不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法及其在电极材料中的应用，以得到稳定、高比电容、高能量密度的电极。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，包括准备步骤、电沉积步骤及干燥步骤。准备步骤：将含铁化合物、含镍化合物、表面活性剂及缓冲剂溶于溶剂中形成含铁镍源溶液；电沉积步骤：将含铁镍源溶液放入电解槽中作为电沉积溶液，将碳材料作为阴极，将铁板和镍板作为双阳极，以设定电流密度进行电沉积后，静置，去除溶剂，得到中间复合物；及干燥步骤：将中间复合物干燥后得到铁镍氧化物包覆碳材料。可选的，碳材料为石墨，石墨为天然鳞片石墨。可选的，设定电流密度为0.1A/cm2～0.9A/cm2，含铁镍源溶液中铁镍的浓度为10g/L～100g/L，含铁化合物中的铁和含镍化合物中的镍的摩尔比为(1～3)∶(1～3)，电沉积的沉积温度为25℃～60℃，电沉积时间为10min～60min。可选的，含铁化合物为硫酸亚铁和氯化铁中的一种或多种，含镍化合物为硫酸镍和氯化镍中的一种或多种。可选的，缓冲剂为络合物，络合物为硼酸、柠檬酸及醋酸中的一种或多种，络合物的浓度为0.1g/L～1g/L。可选的，表面活性剂为十六烷基三甲基嗅化铵、十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠中的任意一种或多种。可选的，准备步骤还包括将碳材料去油处理。可选的，干燥步骤为将中间复合物置入鼓风干燥箱，干燥后得到铁镍氧化物包覆石墨结构材料。本专利技术还提供一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法制得的铁镍氧化物包覆碳材料的应用，铁镍氧化物包覆碳材料应用于电极材料上。按照本专利技术的第二个方面，铁镍氧化物包覆碳材料和聚四氟乙烯混合均匀后涂在泡沫镍上形成电极片。综上，本专利技术制备的铁镍氧化物包覆碳材料具有包覆型结构，包覆型结构具备均匀的接触和更高接触表面积，更满足于电极材料结构的需要。此外，通过金属氧化物与碳材料的复合，有利于发挥金属氧化物的容量优势和石墨的稳定优势，更加全面的提升电极材料性能。并且，两种材料可以实现结构上的支撑，有利于实现材料的稳定性，以及发挥材料协同效应，发挥两种材料优势，取得优异的综合性能。此外，本专利技术中的制备方法与其他方法比，主要设备为电解槽和干燥设备，设别要求低，制备中对温度要求不高，因此环境条件温和，制备方法仅分为准备步骤、电沉积步骤及干燥步骤，制备方法实施简单。同时，沉积工艺参数(电流、时间温度等)方便控制，以获多种不同包覆程度材料。并且，相对于应用于锂离子电池中，铁镍氧化物包覆碳材料用于电容器电极发挥出高比容优势，其中的碳材料发挥了稳定性优势，使材料具备高比容和高循环性能。应用于锂离子电池中，铁镍氧化物具备比碳材料更高的克容量，全面提升了石墨材料克容量。附图说明图1是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料的电镜图(放大500倍)；图2是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料的电镜图(放大1000倍)；图3是本专利技术中的各实施例提供的铁镍氧化物包覆碳材料的X射线衍射光谱，光谱线a中铁镍比为1∶1，光谱线b中铁镍比2∶1，光谱线c中铁镍比1∶2，光谱线d中铁镍比3∶1；图4是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料应用于电容器电极后的循环伏安曲线；图5是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料用于电容器电极后的恒流充放电曲线；图6是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料用于电容器电极后的电容循环性能图；图7是本专利技术中的实施例一提供的铁镍氧化物包覆碳材料用于锂离子电池负极后的半电池充放电曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。本专利技术中以下各实施例中的电容器电极的泡沫镍的尺寸为(0.3cm×1cm×1cm)，电化学测试所用的电化学工作站为IviumStat，测试电压为-0.4V～0.6V，测试电流密度为0.5A/g，循环扫描速率为20mV/s。电池测试系统为蓝电LANDCT2001A。实施例一将100g硫酸亚铁、100g氯化镍加入到500ml去离子水中，再加入1g十二烷甲基苯磺酸钠和20g柠檬酸，然后超声30min至完全分散，得到含铁镍源溶液。将铁镍源溶液倒入电解槽中，电解槽底部为不锈钢片，将通过碱洗除油的天然鳞片石墨置入阴极表面，采用面积比为1∶1的铁板和镍板作为阳极，通入0.5A/cm2电流密度电沉积30min，得到中间复合物。采用磁体吸附，大量去离子水洗净后，置入鼓风干燥箱中干燥12h，得到铁镍氧化物包覆碳材料。将铁镍氧化物包覆碳材料与聚四氟乙烯(PTFE)以8∶1比例在20Mpa压力下压制在泡沫镍上。利用电化学工作站测的比电容为203F/g～285F/g，循环2000次后电容保持率在90％以上，组成半电池放电容量604mAh/g～684mAh/g。实施例二改变铁镍源的比例，将200g硫酸亚铁、100g氯化镍加入到500ml去离子水中，再加入1g十二烷甲基苯磺酸钠和20g柠檬酸，然后超声30min至完全分散，得到含铁镍源溶液。将铁镍源溶液倒入电解槽中，电解槽底部为不锈钢片，将通过碱洗除油的天然鳞片石墨置入阴极表面，采用面积比为1∶1的铁、镍板作为牺牲阳极，通入0.5A/cm2电流密度电沉积30min，得到中间复合物。磁体吸附，大量去离子水洗净后，置入鼓风干燥箱中干燥12h，得到铁镍氧化物包覆碳材料。将铁镍氧化物包覆碳材料与PTFE以8∶1比例在20Mpa压力下压制在泡沫镍上。利用电化学工作站测的比电容为203F/g～285F/g，循环2000次后电容保持率在90％以上，组成半电池放电容量604mAh/g～684mAh/g。实施例三改变铁镍源的比例，将100g硫酸亚铁、200g氯化镍加入到500ml去离子水中，再加入1g十二烷甲基苯磺酸钠和20g柠檬酸，然后超声30min至完全分散，得到含铁镍源溶液。将铁镍源溶液倒入电解槽中，电解槽底部为不锈钢片，将通过碱洗除油的天然鳞片石墨置入阴极表面，采用面积比为1∶1的铁、镍板作为牺牲阳极，通入0.5A/cm2电流密度电沉积30min，得到中间复合物。磁体吸附，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，其特征在于，包括：准备步骤：将含铁化合物、含镍化合物、表面活性剂及缓冲剂溶于溶剂中形成含铁镍源溶液；电沉积步骤：将含铁镍源溶液放入电解槽中作为电沉积溶液，将碳材料作为阴极，将铁板和镍板作为双阳极，以设定电流密度进行电沉积后，静置，去除溶剂，得到中间复合物；及干燥步骤：将所述中间复合物干燥后得到铁镍氧化物包覆碳材料。

【技术特征摘要】
1.一种铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，其特征在于，包括：准备步骤：将含铁化合物、含镍化合物、表面活性剂及缓冲剂溶于溶剂中形成含铁镍源溶液；电沉积步骤：将含铁镍源溶液放入电解槽中作为电沉积溶液，将碳材料作为阴极，将铁板和镍板作为双阳极，以设定电流密度进行电沉积后，静置，去除溶剂，得到中间复合物；及干燥步骤：将所述中间复合物干燥后得到铁镍氧化物包覆碳材料。2.如权利要求1所述的铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳材料为石墨，所述石墨为天然鳞片石墨。3.如权利要求1所述的铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，其特征在于，所述设定电流密度为0.1A/cm2～0.9A/cm2，所述含铁镍源溶液中铁镍的浓度为10g/L～100g/L，含铁化合物中的铁和所述含镍化合物中的镍的摩尔比为(1～3)：(1～3)，所述电沉积的沉积温度为25℃～60℃，所述电沉积时间为10min～60min。4.如权利要求1所述的铁镍氧化物包覆碳材料的制备方法，其特征在于，所述含铁化合物为硫酸亚铁和氯化铁中的一种或多种，所述含镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓高，肖辉，江依义，刘月学，郭锋，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33