碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料、制备方法、电容器技术

一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供一含氮碳源及一第一金属盐溶液；将所述含氮碳源分散于所述第一金属盐溶液中形成分散液；向所述分散液中加入氨水搅拌，然后静置，进行化学沉淀处理，得到中间体材料，所述中间体材料为包括含氮碳源与氢氧化物的复合材料；将所述中间体材料与一第二金属盐溶液混合，进行水热处理，得到所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。本发明专利技术还提供一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料，以及包括所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的电容器。

【技术实现步骤摘要】
碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料、制备方法、电容器
本专利技术涉及储能领域，尤其涉及一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料、制备方法、电容器。
技术介绍
能量的储存是发展新能源的必要条件，其中电容器作为一种很具有潜力的电化学储能器件而逐渐受到社会的关注。电容器具有安全性能高、寿命长、可快速充放电等优异的特征，实现电容器快速充放电的性能需要电容器具有较大的功率密度，才能满足电容器的此项特性。在当前的研究中，常用作电容器电极的电极材料包括碳基材料、导电高分子聚合物、过渡金属氧化物及金属氧化物。在研究过程中发现，单一种类的材料本身的缺陷可能会限制电容器的电化学性能。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种能够提高电容器的电化学性能的电极材料的制备方法，以解决以上问题。另，还有必要提供一种所述制备方法制备的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。另，还有必要提供一种包括所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的电容器。一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供一含氮碳源及一第一金属盐溶液；将所述含氮碳源分散于所述第一金属盐溶液中形成分散液；向所述分散液中加入氨水搅拌，然后静置，进行化学沉淀处理，得到中间体材料，所述中间体材料为包括含氮碳源与氢氧化物的复合材料；将所述中间体材料与一第二金属盐溶液混合，进行水热处理，得到所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。进一步地，所述含氮碳源是通过热裂解法制备，所述热裂解法包括以下步骤：将一碳源、一氮源及一催化剂混合，得到混合物；将所述混合物置于一加热装置中加热，使所述碳源和氮源在所述催化剂的催化及加热环境下热裂解，得到所述含氮碳源。进一步地，所述碳源为葡萄糖、氧化石墨烯中的其中一种，所述氮源为双氰胺、尿素、三聚氰胺中的其中一种，所述催化剂为泡沫镍。进一步地，所述第一金属盐溶液的浓度为0.15mol/L-0.75mol/L，静置的温度为25℃-85℃。进一步地，所述第一金属盐溶液的浓度为0.45mol/L-0.70mol/L，静置的温度为45℃-65℃。进一步地，所述水热反应的温度为100℃-160℃，所述水热反应的时间为4h-8h。进一步地，所述第二金属盐溶液的浓度为0.02g/L-10g/L。进一步地，所述第一金属盐溶液为镍盐溶液，所述第二金属盐溶液为锰盐溶液。一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料，所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料包括含氮碳源、氢氧化物及金属氧化物，所述含氮碳源作为基底，所述氢氧化物负载在所述含氮碳源上，所述金属氧化物负载在所述金属氧化物上，共同组成三维网络结构。一种电容器，包括电极片，所述电极片包括集流体以及涂覆于所述集流体上的粘结剂、导电剂以及所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。通过本专利技术的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，首先以含氮碳源以基本骨架，通过化学沉淀法将氢氧化物镍沉淀在所述含氮碳源上，再通过水热法将金属氧化物附着在氢氧化物的表面，逐渐搭建起复合的三维金属氧化物与氢氧化物的结构，提高了氢氧化物在反应中的参与量，从而提高了比电容，通过金属氧化物的辅助，减少了氢氧化物在反应时的体积变化，稳定了氢氧化物的晶体结构，从而提升了材料的循环稳定性能。附图说明图1为本专利技术实施例碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法流程图。图2A、图2B、图2C及图2D分别为本专利技术实施例1、实施例10、实施例11及实施例12所制备的中间体材料的扫描电镜图。图3为分专利技术实施例1、实施例2、实施例3及实施例4所制备的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料作为电极材料所组装的电容器的恒电流充放电测试图。图4为分专利技术实施例1、实施例2、实施例3及实施例4所制备的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料作为电极材料所组装的电容器的循环伏安(CV)测试图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。请参阅图1，一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，提供一含氮碳源及一第一金属盐溶液；步骤S2，将所述含氮碳源分散于所述第一金属盐溶液中形成分散液；步骤S3，向所述分散液中加入氨水搅拌，然后静置，进行化学沉淀处理，得到中间体材料，所述中间体材料为包括含氮碳源与氢氧化物的复合材料；步骤S4，将所述中间体材料与一第二金属盐溶液混合，进行水热处理，得到所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。在步骤S1中，所述含氮碳源是通过热裂解法制备得到，具体步骤为：将一碳源、一氮源及一催化剂混合，得到混合物；将所述混合物置于一加热装置中加热，所述碳源和氮源在所述催化剂的催化及加热环境下热裂解，得到含氮碳源。进一步地，所述碳源包括葡萄糖、氧化石墨烯中的一种，所述氮源为双氰胺、尿素、三聚氰胺中的一种，所述催化剂为泡沫镍。具体地，将泡沫镍置于盐酸溶液中，去除泡沫镍表面的氧化层，然后将去除氧化层的泡沫镍与碳源、氮源按一定的比例混合，共同置于一管式炉中，在保护气氛中加热保温一段时间，在加热保温过程中，所述泡沫镍与碳源反应生成石墨烯，所述氮源热解产生氨气，所述氨气对泡沫镍进行刻蚀产生纳米镍颗粒，所述纳米镍颗粒填充在所述石墨烯的片层中，成为含氮碳源的生长基底；同时，碳源与氮源在热裂解过程中产生的中间体在所述纳米镍颗粒的催化作用下，进行尖端生长，生成碳纳米管，形成碳纳米管与石墨烯的混合碳结构，同时氮源热裂解，产生的氨气中的氮元素还对碳纳米管及石墨烯进行掺氮，形成含氮碳源。进一步地，热裂解的温度为650℃-850℃，优选地为750℃-850℃。进一步地，碳源与氮源的质量比为1:40-1:15，优选地为1:25-1:35。进一步地，碳源与氮源的总质量与催化剂的质量比为2:1-7:1，优选地为3:1-5:1。进一步地，所述第一金属盐溶液为镍盐溶液。在步骤S2中，第一金属盐溶解于所述溶剂中形成第一金属盐溶液时，第一金属盐释放出第一金属离子。所述第一金属盐溶液的浓度为0.15mol/L-0.75mol/L，优选地为0.45mol/L-0.70mol/L。在步骤S3中，氨水加入到分散液中后，分散液变成碱性环境，分散液中的第一金属离子首先与氨水形成金属-氨络合物，并在OH-的作用下缓慢的释放出第一金属离子，OH-与第一金属离子结合形成氢氧化物附着在含氮碳源上，所述氢氧化物在含氮碳源上生长，形成纳米尺寸的氢氧化物。进一步地，静置的温度为25℃-85℃，优选的为45℃-65℃。所述静置的温度从25℃-45℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一含氮碳源及一第一金属盐溶液；将所述含氮碳源分散于所述第一金属盐溶液中形成分散液；向所述分散液中加入氨水搅拌，然后静置，进行化学沉淀处理，得到中间体材料，所述中间体材料为包括含氮碳源与氢氧化物的复合材料；将所述中间体材料与一第二金属盐溶液混合，进行水热处理，得到所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一含氮碳源及一第一金属盐溶液；将所述含氮碳源分散于所述第一金属盐溶液中形成分散液；向所述分散液中加入氨水搅拌，然后静置，进行化学沉淀处理，得到中间体材料，所述中间体材料为包括含氮碳源与氢氧化物的复合材料；将所述中间体材料与一第二金属盐溶液混合，进行水热处理，得到所述碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料。2.根据权利要求1所述的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述含氮碳源是通过热裂解法制备，所述热裂解法包括以下步骤：将一碳源、一氮源及一催化剂混合，得到混合物；将所述混合物置于一加热装置中加热，使所述碳源和氮源在所述催化剂的催化及加热环境下热裂解，得到所述含氮碳源。3.根据权利要求2所述的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳源为葡萄糖、氧化石墨烯中的其中一种，所述氮源为双氰胺、尿素、三聚氰胺中的其中一种，所述催化剂为泡沫镍。4.根据权利要求1所述的碳基金属氧化物/氢氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐溶液的浓度为0.15mol/L-0.75mol/L，静置的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，代梅，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44