一种微米棒状P制造技术

本发明专利技术提供了一种微米棒状P

【技术实现步骤摘要】
一种微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料、制备方法及应用
本专利技术涉及电化学材料制备领域，具体涉及一种微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
随着科技的进步与人类社会的不断发展，由能源使用引发的环境问题被凸显的日益严峻，其中电能作为一种较为清洁的能源，在人类社会的能源消耗中占据了很大比重。因此，作为电能载体的化学电源，在近些年来发展的极为迅速，而超级电容器作为一种新兴的储能装置，具有充放电速度快，高功率密度等优点，有着巨大的发展潜力。超级电容器的性能主要由电极材料决定，而电极材料则分为碳材料、金属氧化物和导电聚合物三大类。其中金属氧化物制成的电极材料，比电容普遍较大，但是循环稳定性稍差，还需要进一步研究。磷酸镍钴基作为一种新兴的材料，其含有的元素在自然界中含量众多，价格低廉，在催化等领域已经有了广泛的应用。且磷酸镍钴铵中有着Ni、Co两种过渡金属元素，有着良好的协同作用，当两种金属元素比例合适时，制得的材料具有良好的电化学性能。另一方面由于碳材料的循环稳定性能好，长期循环中结构不易发生变化，但是受限于表面可结合的活性位点较少的因素的限制，碳材料制成的电极材料通常比容量较低。目前许多研究中采用碳材料对金属氧化物进行改性，使得制成的电极材料在拥有较大比容量的同时，循环稳定性也有了显著提升。因此，近年来很多科研工作者，采用各种合成方法，合成了磷酸镍钴基材料，如：Ni3(PO4)2·8H2O、Co3(PO4)2·8H2O、NH4[Co1-xNixPO4]·H2O、Ni3(PO4)2·8H2O、NH4(Ni,Co)3(PO4)2·0.67H2O、[NH4]NiPO4·6H2O、Ni11(HPO3)8·(OH)6、NH4[Co1-xNixPO4]·H2O、NixCo3-x(PO4)2等，由于磷酸盐的稳定性，以及氧化物的多元性，其充放电循环稳定性和高功率性能较单一氧化物材料，均有显著提高。
技术实现思路
本专利技术提出了一种微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料、制备方法及应用，进一步提高了磷酸盐类电极材料的放电比容量、高功率性能、倍率性能、循环稳定性能、能量密度和功能密度，同时有效降低成本，构筑更多元的P4O6(Ni(CO)3)4/(NixCo1-x)3(PO4)2/Ni3(PO4)2·8H2O/C复合材料，利用复合材料组分之间的协同作用，以及多组分较好电导率的特性，有望解决目前超级电容器电极材料能量密度低和价格昂贵的缺点，为超级电容器的大规模化应用，提高坚实的后盾。实现本专利技术的技术方案是：一种微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按照Ni/Co摩尔比=0.95~1.05取1.71~1.80mmol六水合硝酸镍（0.49725~0.52342g）和1.71~1.80mmol六水合硝酸钴（0.49766~0.52385g），9~11mmol红磷（0.27873~3.4067g）混合，然后加入尿素13~17mmol继续搅拌30~50min；搅拌完成后将溶液与处理过的泡沫镍一同转入100mL的水热釜中；（2）将步骤（1）中的混合溶液与处理过的泡沫镍转入水热釜中，水热反应后对沉淀进行洗涤、过滤、真空干燥得到复合材料P4O6(Ni(CO)3)4/(NixCo1-x)3(PO4)2/Ni3(PO4)2·8H2O。以下将P4O6(Ni(CO)3)4/(NixCo1-x)3(PO4)2/Ni3(PO4)2·8H2O简称为P/N/N。所述步骤（1）中六水合硝酸镍溶液、六水合硝酸钴溶液和红磷溶液中镍、钴、磷及尿素的摩尔比为（1.71-1.80）：（1.71-1.80）：（9-11）：（13-17）。所述步骤（1）中加入尿素后继续搅拌30-50min。所述步骤（2）中泡沫镍的预处理工艺为：将泡沫镍先用丙酮和乙醇预处理，然后用1mol/L盐酸溶液超声清洗10min，再用去离子水超声清洗，将清洁后的泡沫镍放入真空干燥箱中，在40℃下干燥24h。所述步骤（2）中混合溶液与处理过的泡沫镍的质量比为（10-20）：1。所述步骤（2）中水热反应温度为150-180℃、反应时间为10-14h，真空干燥的温度为60-80℃、时间为12-16h。P4O6(Ni(CO)3)4/(NixCo1-x)3(PO4)2/Ni3(PO4)2·8H2O/C（P/N/N/C）复合材料的制备方法，步骤如下：（1）按照Ni/Co摩尔比=0.95~1.05，取1.71~1.80mmol六水合硝酸镍（0.49725~0.52342g）和1.71~1.80mmol六水合硝酸钴（0.49766~0.52385g），9~11mmol红磷（0.27873~3.4067g）；再与9~11mg碳材料（活性炭、石墨烯或碳纳米管等）溶于60mL去离子水中并搅拌30min；（2）然后加入尿素13~17mmol继续搅拌30~50min；搅拌完成后将溶液与处理过的泡沫镍一同转入100mL的水热釜中；（3）步骤（2）所述搅拌完成后将溶液与处理过的泡沫镍一同转入100mL的水热釜中结束后开始计时，在150~180℃下反应10~24h。反应完成后，对生长在泡沫镍上的沉淀使用去离子水进行多次洗涤，最后放入真空干燥箱中60~80℃干燥12~16h，即得超级电容器用P/N/N/C复合材料电极片。所述的碳材料为活性炭（AC）、石墨烯（r-GO）、碳纳米管（CNTs）。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术以六水合硝酸镍，六水合硝酸钴、红磷、尿素，以及AC或r-GO或CNTs中的至少一种为反应物，无需其他表面活性剂或模板条件下制备了崭新的超级电容器用微米棒状P/N/N/C复合材料，该制备工艺简单、成本低、合成时间短、绿色环保。（2）笼状结构的P4O6(Ni(CO)3)4组分，既有利于稳定P/N/N/C复合材料的结构，也有利于平衡充放电过程中镍化合价的过大变化。（3）碳材料AC或r-GO或CNTs具有较大的比表面积和良好的电子电导率，它的引入不会显著降低P/N/N复合材料的放电容量，且薄层AC或r-GO或CNTs包覆在P/N/N复合材料颗粒表面或存在复合材料颗粒之间，都有利于改善复合材料颗粒之间的导电性，从而显著提高其倍率性能。（4）添加AC或r-GO或CNTs后，在复合材料中P4O6(Ni(CO)3)4/、(NixCo1-x)3(PO4)2、Ni3(PO4)2·8H2O、C多组分协同作用下，所得P/N/N/C（C为AC、r-GO或CNTs）复合材料在0.9A/g电流密度下的放电比容量分别达到2340F/g、1116F/g、1701F/g。（5）本专利技术的P/N/N/C复合材料相对于现有超级电容器用其他过渡金属氧化物/碳复合材料，具有放电比容量大、倍率性能好、短时间大电流放电性能好、温度适用范围宽、绿色环保等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微米棒状P

【技术特征摘要】
20200108 CN 20201001677871.一种微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将六水合硝酸镍溶液、六水合硝酸钴溶液和红磷溶液混合，之后加入尿素继续搅拌，搅拌后得到混合溶液；
（2）将步骤（1）中的混合溶液与处理过的泡沫镍转入水热釜中，水热反应后对沉淀进行洗涤、过滤、真空干燥得到复合材料。


2.根据权利要求1所述的微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中六水合硝酸镍溶液、六水合硝酸钴溶液和红磷溶液中镍、钴、磷及尿素的摩尔比为（1.71-1.80）：（1.71-1.80）：（9-11）：（13-17）。


3.根据权利要求1所述的微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中加入尿素后继续搅拌30-50min。


4.根据权利要求1所述的微米棒状P4O6(Ni(CO)3)4基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中泡沫镍的预处理工艺为：将泡沫镍先用丙酮和乙醇预处理，然后用1mol...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，高海丽，贾晓东，王诗文，方华，曹阳，罗河伟，闫继，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41