镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超级电容器电极，具体涉及一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，包括如下步骤：S1：将钴配合物溶解于强碱溶液中，并加入石墨和分散剂，形成悬浊液；S2：向得到的悬浊液中加入硼氢化物，搅拌发生反应后得到镀钴石墨导电剂；S3：将得到的镀钴石墨导电剂、钴铝层状氢氧化物和粘结剂复合制备得到超级电容器电极。与现有技术相比，本发明专利技术在化学稳定性强的石墨上镀覆金属钴，既能保持石墨的高导电性能，还可以结合钴的金属导电性及在碱性电极中的积极作用，降低电极氧析出电位、提高放电容量并延长循环寿命，使制备得到的超级电容器电极具有高导电性能、低电极氧析出电位、高放电比电容和长循环寿命。高放电比电容和长循环寿命。高放电比电容和长循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种超级电容器电极，具体涉及一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法。

技术介绍

[0002]Co
‑
Al层状氢氧化物具有较大的放电比电容(约800法拉第/克)和较高的功率放电性能，有望用作新型的碱性超级电容器材料。Co
‑
Al层状氢氧化物是在材料合成时使用三价金属离子Al等取代部分Co，从而形成层状氢氧化物(layered double hydroxides，简写为LDHs)，用通式可以表示为[CoAl
x
(OH)
2(1+x)
]X
n
‑
x/n
·
mH2O。在该结构中，6个OH
‑
配位Co离子和Al离子形成八面体，并且这些形成的八面体共享6个边，从而形成氢氧化物层；X
n
‑
为带n个负电荷的层间阴离子，x、y和m根据化合物的计量组成确定。一般而言，摩尔比x/y在2～4：1之间是具有层状氢氧化物的结构特点。目前，合成Co
‑
Al层状氢氧化物的方法有共沉淀法、均相共沉淀、水热法等。但是，Co
‑
Al层状氢氧化物属于半导体，电子导电率较低，不能适应高功率充放电要求，因此其作为超级电容器材料的研究还有待进一步发展。
[0003]目前在实际应用时，将超级电容器材料与具有高导电性能的导电剂混合以增强导电能力通常是必要的。现在广泛使用的电极导电剂主要包括碳材料(如：石墨、乙炔黑等)、金属粉和导电聚合物材料等。其中，石墨由于其具有化学稳定性强、密度小、价格低等多方面优点，并且其导电率在700～1300S/cm范围内，适合作为电池电极导电剂材料，因此其被广泛用作电池电极导电剂材料。但现有的超级电容器电极即便是添加石墨作为电池电极导电剂材料，其内部的电极内阻仍然较大，这在电化学应用时表现为电化学极化严重，容量不高，循环寿命缩短等特点，难以满足人们的需求。从结构上看，石墨之所以能够导电，是因为，每个碳原子与其它三个碳原子共价成键，并以此为基础扩展为二维层状结构；沿平面方向，每个碳原子提供一个可以自由移动的电子。在二维平面上，相邻碳原子的间距为0.142nm，然而，石墨层间没有化学键，仅靠较弱的范德华力结合在一起，间距较大，为0.340nm，因此沿垂直石墨二维平面方向即C轴方向电子难以传导。这一各向异性的特点可能影响电极应用时空间导电网络的形成。

技术实现思路

[0004]金属钴的导电率约为1.5
×
105S/cm，要比石墨(～1300S/cm)高出很多，而且钴的亲水性有利于改善石墨疏水的不利特性，加快电极活化过程。因此，本专利技术对石墨进行表面金属化表面处理，即在石墨表面化学镀金属钴，旨在提高石墨的导电性能，进而获得超级电容性能良好的镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物电极。
[0005]为了改善石墨材料的导电性能、表面性能，进而提高电极的电化学性能，本专利技术将石墨导电剂表面镀覆金属钴，并与Co
‑
Al层状氢氧化物超级电容器材料复合制造出一种充放电循环稳定性好、比电容容量大的高性能的超级电容器复合电极。
[0006]本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种镀钴石墨/钴铝层状氢
氧化物超级电容器电极的制备方法，以镀钴石墨为导电剂，并将其与钴铝层状氢氧化物复合制备得到超级电容器电极，得到了一种在高电流密度时，放电比容量大且循环性能优的超级电容器电极。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：将钴配合物溶解于强碱溶液中，并加入石墨和分散剂，形成悬浊液；
[0010]S2：向步骤S1得到的悬浊液中加入硼氢化物，搅拌发生反应后得到镀钴石墨导电剂；
[0011]S3：将步骤S2得到的镀钴石墨导电剂、钴铝层状氢氧化物和粘结剂复合制备得到所述的镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极。
[0012]优选地，步骤S1中所述的钴配合物为钴盐与配体形成的配合物，所述的钴盐为钴的氯化物、硝酸盐、硫酸盐和乙酸盐中的一种或几种，所述的配体为氨、乙二胺、草酸根离子和柠檬酸根离子中一种或几种。
[0013]优选地，步骤S1中使用的强碱溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化锂溶液中的一种或多种。选择强碱溶液为反应介质，是考虑到所述的钴配合物在强碱溶液中有一定的稳定性，而所述的还原剂在强碱溶液中能够降低反应速度，从而实现可控的钴包覆过程。所述的强碱溶液的浓度为5～10mol/L，所述的强碱溶液的用量为10～80mL/g钴配合物。
[0014]优选地，步骤S1中所述的石墨为天然石墨，所述的钴配合物与石墨的质量比为0.5～2：1。使用天然石墨是因为它与人工石墨相比，石墨化程度高，导电性能更好，更适于提高超级电容器电极的电化学性能。
[0015]优选地，步骤S1中所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚丙烯酸钠的一种或几种，所述的分散剂与钴配合物的质量比为0.1～1：1。分散剂的加入可以使石墨充分分散，且在镀钴过程中起到络合稳定的作用，从而提高石墨镀钴的均匀性。
[0016]优选地，步骤S2中所述的硼氢化物为硼氢化钾、硼氢化钠和硼氢化锂的一种或几种，所述的硼氢化物与钴配合物的质量比为0.2～1.5：1。所述的硼氢化物是一种温和的化学还原剂，用以还原钴配合物物生成金属钴。
[0017]优选地，步骤S2中所述的搅拌的温度为25～120℃，搅拌的时间为0.5～3h。在一个较高的合适的温度范围内可以有效提高反应发生的速度，提高整体效率；但当温度过高时，不仅会大幅提高制备成本及危险性，反而还会抑制反应的速度，因此需要选择一个合适的温度范围。
[0018]优选地，步骤S3中所述的钴铝层状氢氧化物通过如下步骤制备得到：向含有钴离子与铝离子的溶液中加入稀土离子和还原剂，搅拌发生沉淀反应，得到悬浊液；随后将悬浊液发生水热反应，得到所述的钴铝层状氢氧化物。即钴铝层状氢氧化物通过共沉淀
‑
水热处理的方式制备。
[0019]优选地，所述的含有钴离子与铝离子的溶液为硝酸盐、氯化物、硫酸盐或醋酸盐，钴和铝离子在反应物溶液中的总浓度范围为0.05～0.5mol/L，钴离子与铝离子的摩尔比为2～4：1。
[0020]优选地，所述的稀土离子为铈离子、铒离子、铥离子、镱离子和镥离子中的一种或
几种，所述的稀土离子在反应物溶液中的添加量范围为0.001～0.01mol/L。稀土离子的添加有利于增强层状氢氧化物的结构稳定性和电化学稳定性，尤其是在强碱溶液中的稳定性，减少电化学循环过程活性电极材料的损失。
[0021]优选地，所述的还原剂为羟胺、水合肼或甲醛，所述的还原剂添加浓度为0.001～0.025mol/L。
[0022]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将钴配合物溶解于强碱溶液中，并加入石墨和分散剂，形成悬浊液；S2：向步骤S1得到的悬浊液中加入硼氢化物，搅拌发生反应后得到镀钴石墨导电剂；S3：将步骤S2得到的镀钴石墨导电剂、钴铝层状氢氧化物和粘结剂复合制备得到所述的镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极。2.根据权利要求1所述的一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的钴配合物为钴盐与配体形成的配合物，所述的钴盐为钴的氯化物、硝酸盐、硫酸盐和乙酸盐中的一种或几种，所述的配体为氨、乙二胺、草酸根离子和柠檬酸根离子中一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，步骤S1中强碱溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化锂溶液中的一种或多种，所述的强碱溶液的浓度为5～10mol/L，所述的强碱溶液的用量为10～80mL/g钴配合物。4.根据权利要求1所述的一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的石墨为天然石墨，所述的钴配合物与石墨的质量比为0.5～2：1。5.根据权利要求1所述的一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和聚丙烯酸钠的一种或几种，所述的分散剂与钴配合物的质量比为0.1～1：1。6.根据权利要求1所述的一种镀钴石墨/钴铝层状氢氧化物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的硼氢化物为硼氢化钾、硼氢化钠和硼氢化锂的一种或几种，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡猛，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：