一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，所述复合电极材料是通过循环伏安法对沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布进行电化学重构制备得到，所述镍基纳米阵列和所述钴基纳米阵列的质量比为1:0.25‑2.5；所述循环伏安法中采用的扫描速率为20‑200 mV/s，扫描电压窗口为0‑0.5V到0‑1.0V (参比Hg/HgO电极)，扫描圈数为500‑5000次；所述循环伏安法中采用的电解液为碱性电解液；所述的碱性电解液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的任意一种或是任意两种或是三种的组合。本发明专利技术提供的方法制备得到的电极材料电化学性能优异，比电容保持率高，具有优异的倍率性能。

Preparation of a Nickel/Cobalt/Hydroxide Composite Electrode Material

【技术实现步骤摘要】
一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法
本专利技术涉及电极材料制备领域，尤其涉及一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法。
技术介绍
随着能源需求的增长，对储能转换器件用高性能电极材料的研究得到了深入的推动。超级电容器因其高功率密度、短充放电时间、长循环寿命等优点在各种电源器件中得到了广泛的应用，被认为是下一代储能转换器件最有前途的候选者之一。根据超级电容器的电荷存储机理，可以将其分为两类:一类是以电极/电解质界面静电电荷扩散积聚为主的电双层电容器；另一类是以电极材料法拉达反应为主的赝电容器。过渡金属氢氧化物作为一种典型的超电容器赝电容性活性材料，以其高氧化还原活性、低成本、环保等优点受到广泛关注。在众多的活性电极材料中，由于自身较高的理论比容量以及在各种电解质下具有较好的热稳定性和化学稳定性，易于大规模生产以及成本低和环境友好性等优势，镍基材料(主要为氧化镍、氢氧化镍)是一种潜在的赝电容电极材料。因为晶型氢氧化镍材料在形成复杂的三维(3D)结构方面的灵活性以及其在可充电碱性电池应用中的优异电化学性能，几乎所有的注意力都集中在晶型氢氧化镍材料上。但由于其点电导率低，导致在大电流充放电过程中材料的利用率低下和倍率性能较差等，限制了电极材料的性能。为了克服镍基材料所存在的问题，研究者们从微观结构、相组成、电化学活性及导电性等方面做了大量的研究工作。其中，大多数合成的材料是粉末状的，在制备电极过程中需要将电极材料、导电剂和粘结剂混合粘接在一个良好导电性的基底上。该法不仅制备过程复杂，还会增加电极的质量降低电极的比容量。为此，将活性物质直接生长于集流体基底上可有效地促进电子传输、提高活性物质利用率和优化电极结构。其中，具有轻质、柔韧、易加工及高稳定性等优点的碳纤维布(简称碳布)是镍基材料电容性能研究的优选基底之一。此外，有研究报道无定形过渡金属氢氧化物，具有丰富的晶界和离子扩散通道，显著提高了材料对电荷储存能力以及循环稳定性。因此，在碳布表面负载非晶多级结构纳米复合阵列，可获得具有优异电化学性能的电极材料。然而，截止到目前，在保持碳布原有优点的同时并在其表面原位生长兼具优异电化学性能和高负载量的镍基赝电容电极材料仍面临巨大挑战。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术第一方面提供了一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述复合电极材料是通过循环伏安法对沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布进行电化学重构制备得到，所述镍基纳米阵列和所述钴基纳米阵列的质量比为1:0.25-2.5。优选地，所述镍基纳米阵列和所述钴基纳米阵列的质量比为1:1-2。其中，所述循环伏安法中采用的扫描速率为20-200mV/s，扫描电压窗口为0-0.5V到0-1.0V(参比Hg/HgO电极)，扫描圈数为500-5000次。优选地，扫描速率为40mV/s，60mV/s，80mV/s，100mV/s，120mV/s，140mV/s，160mV/s，180mV/s；扫描电压窗口为0-0.6V，0-0.7V，0-0.8V，0-0.9V；扫描圈数为1500次，2000次，2500次，3000次，3500次，4000次。其中，所述循环伏安法中采用的电解液为碱性电解液。其中，所述的碱性电解液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的任意一种或是任意两种或是三种的组合。其中，所述沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布通过以下步骤制备得到：S1：先将去离子水、六水合硝酸镍、尿素和氟化铵混合均匀，置于反应釜中，再将碳布置于反应釜中进行反应，反应结束后待反应釜冷却至室温，取出沉积有镍基纳米阵列的碳布分别用去离子水和乙醇洗涤数次，最后进行干燥；S2：先将去离子水、六水合氯化钴、尿素和氟化铵混合均匀，置于反应釜中，再将步骤S1制备得到的沉积有镍基纳米阵列的碳布置于反应釜中进行反应，反应结束后待反应釜冷却至室温，取出沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布分别用去离子水和乙醇洗涤数次，最后进行干燥。其中，所述步骤S1中，去离子水、六水合硝酸镍、尿素和氟化铵的质量比为100:2-5:2-5:1。优选地，去离子水、六水合硝酸镍、尿素和氟化铵的质量比为100:3:3:1，100:4:4:1，100:3:4:1，100:4:3:1。其中，所述步骤S2中，去离子水、六水合氯化钴、尿素和氟化铵的质量比为120：2-5:2-5:1。优选地，去离子水、六水合氯化钴、尿素和氟化铵的质量比为120:3:3:1，120:4:4:1，120:3:4:1，120:4:3:1。其中，所述步骤S1中，反应的温度为100-150℃，反应的时间为5-10h。优选地，反应的温度为110℃，120℃，130℃，140℃；反应的时间为6h，7h，8h，9h。其中，所述步骤S2中，反应的温度为100-150℃，反应的时间为5-20h。优选地，反应的温度为110℃，120℃，130℃，140℃；反应的时间为6h，8h，10h，12h，14h，16h，18h。本专利技术第二方面提供了一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料，所述电极材料通过本专利技术第一方面提供的方法制备得到。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，将碳布通过水热反应依次合成镍基纳米阵列和钴基纳米阵列进行第一步反应，主要鉴于镍钴基材料的高理论比电容，从而达到电极材料的高比电容；再通过电化学方法将上述所得的材料进行电化学重构，从而得到镍/钴/氢氧化物复合电极材料，制备得到的镍/钴/氢氧化物复合电极材料具有较好的电化学性能，不但导电性好，而且具有较好的倍率性能和比电容保持性能。本专利技术提供的电极材料制备方法制备得到的电极材料电化学性能优异，当电流密度为20A/m2时，比电容达到86720F·m-2，当电流密度达到500A/m2时，其面积比电容65930F·m-2，比电容保持率高达76.3％，具有优异的倍率性能。另外，本专利技术提供的方法工艺简单，成本低，易于产业化推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备得到的镍/钴/氢氧化物复合电极材料的奈奎斯特图；图2为本专利技术实施例1制备得到的镍/钴/氢氧化物复合电极材料在不同电流密度下的比电容值。具体实施方式以下是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术提供了一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，具体方法如下：配置6MKOH电解液，通过循环伏安法对沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布进行电化学重构，所述碳布中镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的质量比为1:1.5，其中电压窗口为0-0.6V，扫描速率为50mV/S，扫描圈数为3500圈；电化学重构完成后取出样品用去离子水和乙醇洗涤数次，最后将样品置于60℃下干燥6h，制备得到镍/钴/氢氧化物复合电极材料。图1为实施例1制备得到镍/钴/氢氧化物复合电极材料的奈奎斯特图，从图中可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述复合电极材料是通过循环伏安法对沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布进行电化学重构制备得到，所述镍基纳米阵列和所述钴基纳米阵列的质量比为1:0.25‑2.5。

【技术特征摘要】
1.一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述复合电极材料是通过循环伏安法对沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布进行电化学重构制备得到，所述镍基纳米阵列和所述钴基纳米阵列的质量比为1:0.25-2.5。2.根据权利要求1所述的一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述循环伏安法中采用的扫描速率为20-200mV/s，扫描电压窗口为0-0.5V到0-1.0V(参比Hg/HgO电极)，扫描圈数为500-5000次。3.根据权利要求1所述的一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述循环伏安法中采用的电解液为碱性电解液。4.根据权利要求3所述的一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于：所述的碱性电解液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的任意一种或是任意两种或是三种的组合。5.根据权利要求1-4中任意一项权利要求所述的一种镍/钴/氢氧化物复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述沉积有镍基纳米阵列和钴基纳米阵列的碳布通过以下步骤制备得到：S1：先将去离子水、六水合硝酸镍、尿素和氟化铵混合均匀，置于反应釜中，再将碳布置于反应釜中进行反应，反应结束后待反应釜冷却至室温，取出沉积有镍基纳米阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德志，潘梦华，舒敏兴，权红英，程佳明，李荣兵，高富杰，陈欣，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36