一种全磷酸盐电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种全磷酸盐电极材料及其制备方法，属于超级电容器电极材料技术领域。方法包括以下步骤：S1、通过水热法在基底表面生长片状磷酸镍钴，获得负载所述片状磷酸镍钴的所述基底；S2、以负载所述片状磷酸镍钴的所述基底为工作电极，通过电沉积法在所述片状磷酸镍钴表面沉积磷酸氢镍钴，得到全磷酸盐电极材料。本发明专利技术通过复合两种不同的镍钴磷酸盐材料，利用片状磷酸镍钴为基础提供大量的沉积位点，之后在其上复合导电性高、内阻小的磷酸氢镍钴，有利于提高片状磷酸镍钴的韧性，限制磷酸镍钴在反应过程中的体积膨胀，使其片层结构不易塌陷，从而使本发明专利技术的复合材料同时实现高的能量密度、功率密度和倍率性能。功率密度和倍率性能。功率密度和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种全磷酸盐电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超级电容器电极材料
，特别涉及一种全磷酸盐电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超级电容器作为一种新型的化学电源，具有功率密度高、能量密度大、充放电速率快、效率高、循环寿命长和工作温度范围宽等优势，在信息技术、移动通讯、电动汽车、混合燃料汽车、航空航天和国防科技等领域，有着巨大的市场潜力。受到人们广泛关注。在超级电容器中，电极材料是最关键的组成部分，电极材料的种类和性能好坏将会直接影响着超级电容器的性能优劣程度，因此如何提升电极材料的性能成为现今的科研热点。
[0003]近年来，科研工作者围绕电极材料开展了一系列工作。过渡金属氧化物、磷化物和氢氧化物等，由于其高的比电容和快速的氧化还原反应等特点，成为新一代超级电容器的电极材料。双金属镍钴磷化物相对于单金属磷化物具有更高的电化学活性、更多的活性位点以及更高的比电容，被认为是构筑超级电容器的理想电极材料，得到了广泛的研究。但在实际应用中，双金属镍钴磷化物存在倍率性能差和稳定性差等缺点，循环性能一直不理想。为此，如何充分发挥双金属镍钴磷化物的赝电容特性，进一步改善其电化学性能，是科研工作者研究的难点。

技术实现思路

[0004]针对以上现有技术中的问题，本专利技术提供了一种全磷酸盐电极材料及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术具体通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种全磷酸盐电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、通过水热法在基底表面生长片状磷酸镍钴，获得负载所述片状磷酸镍钴的所述基底；
[0008]S2、以负载所述片状磷酸镍钴的所述基底为工作电极，通过电沉积法在所述片状磷酸镍钴表面沉积磷酸氢镍钴，得到全磷酸盐电极材料。
[0009]进一步地，所述磷酸镍钴的分子式为：Ni
x
Co3‑
x
(PO4)2，其中，0≤X≤3。
[0010]更进一步地，所述磷酸镍钴的分子式为：Ni2Co(PO4)2。
[0011]进一步地，步骤S1中，通过水热法在所述基底表面生长所述片状磷酸镍钴的具体操作包括：
[0012]S11、配制含有镍盐和钴盐的混合溶液，向其中加入磷酸盐溶液，混合均匀，得到反应溶液；
[0013]S12、将所述反应溶液倒入反应釜，加入所述基底，进行水热反应，反应完成后，将产物洗涤干燥，得到负载所述片状磷酸镍钴的所述基底。
[0014]进一步地，所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍和醋酸镍中的一种或多种；
[0015]所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴和醋酸钴中的一种或多种；
[0016]所述磷酸盐包括磷酸氢二钾、磷酸氢二钠和磷酸氢二铵中的一种或多种；
[0017]所述基底包括碳布、不锈钢、泡沫镍、泡沫铜或泡沫钴等导电基底。
[0018]进一步地，所述混合溶液和所述磷酸盐溶液的溶剂包括水、乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙二醇、丙三醇、乙醇与水的混合物、N,N
‑
二甲基甲酰胺与水的混合物、乙二醇与水的混合物、丙三醇与水的混合物、甘油与水的混合物中的一种或多种。
[0019]进一步地，步骤S12中，所述水热反应的温度为90
‑
200℃，反应时间为2
‑
24h。
[0020]进一步地，步骤S2中，通过电沉积法在所述片状磷酸镍钴表面沉积磷酸氢镍钴的具体操作包括：
[0021]以负载所述片状磷酸镍钴的所述基底为工作电极，构建三电极体系，将所述三电极体系置于电解液中，采用循环伏安法扫描1至50圈，扫描电压为
‑
1.2至0.2V、扫描速率为1至100mv/s。
[0022]更进一步地，采用循环伏安法扫描6圈，扫描电压为
‑
1.2至0.2V、扫描速率为5mv/s。
[0023]进一步地，所述电解液的制备方法包括：以15mL水和15mL乙醇为溶剂，加入4mmol NiCl2、2,4mmol CoCl2和4mmol NaH2PO2混合所得。
[0024]另外，本专利技术提供了一种全磷酸盐电极材料，由如上所述的全磷酸盐电极材料的制备方法制备得到，所述全磷酸盐电极材料包括基底、负载在所述基底表面的片状磷酸镍钴和负载在所述片状磷酸镍钴表面的磷酸氢镍钴。
[0025]相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：
[0026]本专利技术通过复合两种不同的镍钴磷酸盐材料，利用片状磷酸镍钴为基础提供大量的沉积位点，之后在其上复合导电性高、内阻小的磷酸氢镍钴，有利于提高片状磷酸镍钴的韧性，限制磷酸镍钴在反应过程中的体积膨胀，使其片层结构不易塌陷，从而使本专利技术的复合材料同时实现高的能量密度、功率密度和倍率性能。且前述两种物质协同作用，有利于电子和离子的流动与传导，可增强电化学反应活性，降低反应电阻、提高电容。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0028]图1为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的XRD晶型图；
[0029]图2为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的电镜图，其中，(a)CP，标尺100μm，(a
’
)CP，标尺50μm，(b)NCP
‑
0.5，标尺100μm，(b
’
)NCP
‑
0.5，标尺20μm，(c)NCP
‑
1，标尺100μm，(c
’
)NCP
‑
1，标尺20μm，(d)NCP
‑
2，标尺100μm，(d
’
)NCP
‑
2，标尺10μm，(e)NP，标尺100μm，(e
’
)NP，标尺10μm；
[0030]图3为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的循环伏安实验结果图；
[0031]图4为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的恒流充放电实验结果图；
[0032]图5为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的面积比电容测试结果图；
[0033]图6为本专利技术实施例1不同镍钴比例下的交流阻抗实验结果图；
[0034]图7为本专利技术实施例1不同溶剂下的循环伏安实验结果图；
[0035]图8为本专利技术实施例1不同溶剂下的恒流充放电实验结果图；
[0036]图9为本专利技术实施例1负载片状磷酸镍钴的基底循环100次后的电镜图；
[0037]图10为本专利技术实施例2全磷酸盐电极材料的电镜图，其中，(a)标尺50μm，(b)标尺10μm，(c)标尺5μm，(d)标尺2μm；
[0038]图11为本专利技术实施例2全磷酸盐电极材料的循环伏安实验结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全磷酸盐电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过水热法在基底表面生长片状磷酸镍钴，获得负载所述片状磷酸镍钴的所述基底；S2、以负载所述片状磷酸镍钴的所述基底为工作电极，通过电沉积法在所述片状磷酸镍钴表面沉积磷酸氢镍钴，得到全磷酸盐电极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸镍钴的分子式为：Ni
x
Co3‑
x
(PO4)2，其中，0≤X≤3。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸镍钴的分子式为：Ni2Co(PO4)2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，通过水热法在所述基底表面生长所述片状磷酸镍钴的具体操作包括包括：S11、配制含有镍盐和钴盐的混合溶液，向其中加入磷酸盐溶液，混合均匀，得到反应溶液；S12、将所述反应溶液倒入反应釜，加入所述基底，进行水热反应，反应完成后，将产物洗涤干燥，得到负载所述片状磷酸镍钴的所述基底。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍和醋酸镍中的一种或多种；所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴、硫酸钴和醋酸钴中的一种或多种；所述磷酸盐包括磷酸氢二钾、磷酸氢二钠和磷酸氢二铵中的一种或多种；所述基底包括碳布、不锈钢、泡沫镍、泡沫铜或泡沫钴。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱光，冯含芳，王乐辰，李华阳，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：