一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法，以有机酸、镍源为前驱体，DMF为溶剂，泡沫镍为基底，通过第一次水热反应合成镍金属有机框架Ni‑MOF；继而将得到的Ni‑MOF样品置于装有由聚乙烯吡咯烷酮、镍源、钼源和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，烘干，得到NiMoO4储能材料。本发明专利技术制备方法简单、耗能低、对环境友好，所制备的材料具有良好的电化学性能，为目前的镍锌电池提供了很好的正极材料，具有极大的应用前景。通过调控硝酸镍浓度、钼酸钠浓度，二次水热反应温度和时间，提高电极材料的导电性和离子扩散速率，从而提高电极材料的容量和稳定性能。

A preparation method of high capacity NiMoO4 energy storage material for battery cathode material

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法
本专利技术涉及储能材料
，尤其是一种以镍金属有机框架Ni-MOF为基底合成高容量NiMoO4材料作为镍锌电池正极材料的制备方法。
技术介绍
能源是人类社会发展的重要基础资源，但随着世界人口的急剧增长和人类社会的不断发展，世界能源需求量持续增大，传统的化石能源不但不能长期满足未来社会对能源的需求，其过度的开发和利用还使环境污染加重和环保压力加大。因此，研究开发新型高效、稳定的电能存储装置以实现能源的深度开发和高效利用是现在储能技术的重要研究方向。在过去的几十年里，锂离子电池(LIBs)由于其高循环稳定性和高能量密度引起了人们的广泛关注。但是，其存在的安全问题以及锂、钴的资源有限问题在很大程度上限制了锂离子电池的进一步发展。令人欣慰的是，具有高安全性、低成本、来源丰富、环保等优点的水系可充放电池正日益受到人们的关注。而在各种水系可充放电池中，镍锌(Ni//Zn)电池由于具有放电电压高(1.8V)、容量大、安全性高、资源丰富、成本低等优点，而被认为是一种很有前景的替代产品。然而，负极锌枝晶不可避免的形成和镍基正极的不可逆性导致的差循环稳定性，以及镍基正极材料的低容量性限制了Ni//Zn电池的进一步广泛应用。为了克服这一瓶颈，寻找高性能的镍基正极材料是关键。近年来，由于其丰富的氧化还原反应和较高的电子导电性，具有两种不同金属离子的三元金属氧化物受到了广泛的关注。例如一些三元金属钼酸盐，如MnMoO4、CoMoO4和NiMoO4在过去几年也受到了越来越多的科研者的青睐。其中，由于镍离子的高电化学活性，NiMoO4有望成为高性能超级电容器和电池的理想电极材料。虽然现在已经开发了不同结构的NiMoO4用于储能应用中，但由于导电性较差，其在储能领域中的试剂应用仍然受到了一定的限制。因此，提高NiMoO4材料的导电性，是进一步提高其电化学性能的关键。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种以镍金属有机框架Ni-MOF为基底合成高容量NiMoO4材料作为镍锌电池正极材料的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法，以有机酸、镍源为前驱体，N-N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，泡沫镍为基底，通过第一次水热反应合成镍金属有机框架Ni-MOF；继而将得到的Ni-MOF样品置于装有由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、镍源、钼源和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，烘干，得到所述的NiMoO4储能材料。进一步的，所述有机酸浓度为0.05molL-1，所述的有机酸为对苯二甲酸、均苯三甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。优选的，所述的有机酸为对苯二甲酸。进一步的，所述的镍源为硝酸镍，氯化镍，硫酸镍中的一种或几种的混合。优选的，所述的镍源为硝酸镍。进一步的，所述钼源的浓度为0.05～0.15molL-1，所述钼源为钼酸钠、钼酸铵中的一种或几种的混合。优选的，所述第一次水热反应温度为100℃，时间为8h；第二次水热反应温度为120～180℃，水热反应3-9h；烘干温度和时间分别为60℃和10h。进一步的，所述的PVP的平均分子量为24000，浓度为1.5mmolL-1。进一步的，所述第一次水热反应中的镍源浓度为0.05molL-1；第二次水热反应前驱液中的镍源浓度为0.05～0.15molL-1。优选的，所述第一次水热反应中的镍源浓度为0.05molL-1；第二次水热反应前驱液中的镍源浓度为0.1molL-1。进一步的，所述的方法具体包括以下步骤：S1)、将泡沫镍依次浸在丙酮、3molL-1盐酸、乙醇中分别超声清洗10min、5min、5min，放置在水热反应釜中；S2)、将浓度为0.05molL-1的有机酸和0.05molL-1的钼源溶于DMF溶剂中，搅拌直至完全溶解后，倒入步骤S1)中的反应釜中，在100℃的烘箱中反应8h，取出，经蒸馏水冲洗，60℃烘干，即合成Ni-MOF样品；S3)、将Ni-MOF样品置于装有由1.5mmolL-1PVP、0.05～0.15molL-1镍源、0.05～0.15molL-1钼源和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，60℃烘干10h，得到所述的NiMoO4储能材料。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过调控硝酸镍浓度、钼酸钠浓度，二次水热反应温度和时间，提高电极材料的导电性和离子扩散速率，从而提高电极材料的容量和稳定性能。通过设定最优的制备条件，获得一种高电化学性能的NiMoO4电极材料；2、本专利技术制备方法简单、耗能低、对环境友好，所制备的材料具有良好的电化学性能，为目前的镍锌电池提供了很好的正极材料，具有极大的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1和实施例2制备的NiMoO4储能材料高低倍扫描电镜(SEM)图；其中，a为实施例2制备的NiMoO4储能材料高低倍扫描电镜(SEM)图；b为实施例1制备的NiMoO4储能材料高低倍扫描电镜(SEM)图；图2为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料的X射线衍射(XRD)谱图；图3为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料电极在6molL-1KOH溶液中扫速10mVs-1下的循环伏安曲线；图4为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料电极在电流密度为25mAcm-2下的恒电流充放电曲线；图5为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料电极的电化学阻抗谱；图6为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料电极的倍率性能；图7为本专利技术实施例1和2制备的NiMoO4储能材料电极在电流密度为25mAcm-2下的恒电流充放电稳定性能。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：实施例1一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法，包括以下步骤：S1)、将2cm×3cm的泡沫镍依次浸在丙酮、3molL-1盐酸、乙醇中分别超声清洗10min、5min、5min，放置在水热反应釜中；接着将浓度为0.05molL-1对苯二甲酸和0.05molL-1硝酸镍溶于DMF溶剂中，搅拌直至完全溶解后，倒入此水热反应釜中，在100℃的烘箱中反应8h，取出，经蒸馏水冲洗，60℃烘干，即合成Ni-MOF样品；S2)、取步骤S1)中得到的Ni-MOF样品，尺寸为2cm×3cm，置于装有由1.5mmolL-1PVP、0.05～0.15molL-1硝酸镍、0.05～0.15molL-1钼酸钠和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，60℃烘干，得到所述的NiMoO4储能材料，记为NiMoO4-2。实施例2以依次浸在丙酮、3molL-1盐酸、乙醇中分别超声清洗10min、5min、5min后的泡沫镍为基底，通过实施例1的步骤S2)合成的NiMoO4储能材料即为NiMoO4-1。性能分析：对NiMoO4-1和NiMoO4-2电极材料进行了场发射扫描电子显微电镜测试，结果如图1的(a)、(b)所示，扫描电子显微电镜图显示在两种不同基底上合成的NiMoO4都为纳米线材料，图2采用了X射线衍射测试，说明了在两种基底上所制备合成的电极材料都为NiMoO4。图3采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法，其特征在于：所述的方法以有机酸、镍源为前驱体，N‑N‑二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，泡沫镍为基底，通过第一次水热反应合成镍金属有机框架Ni‑MOF；继而将得到的Ni‑MOF样品置于装有由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、镍源、钼源和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，烘干，得到所述的NiMoO4储能材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于电池正极材料的高容量NiMoO4储能材料的制备方法，其特征在于：所述的方法以有机酸、镍源为前驱体，N-N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，泡沫镍为基底，通过第一次水热反应合成镍金属有机框架Ni-MOF；继而将得到的Ni-MOF样品置于装有由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、镍源、钼源和去离子水组成的混合前驱液的反应釜中，进行二次水热反应，经蒸馏水冲洗，烘干，得到所述的NiMoO4储能材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机酸的浓度为0.05molL-1，所述的有机酸为对苯二甲酸、均苯三甲酸、邻苯二甲酸中的一种或几种的混合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的有机酸为对苯二甲酸。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的镍源为硝酸镍，氯化镍，硫酸镍中的一种或几种的混合。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的镍源为硝酸镍。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钼源的浓度为0.05～0.15molL-1，所述钼源为钼酸钠、钼酸铵中的一种或几种的混合。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一次水热反应温度为100℃，时间为8h；第二次水热反应温度为120～180℃，水热反应3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢锡洪，周丽君，曾思琪，郑得洲，徐维，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：广东,44