一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器技术

本发明专利技术公开一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器。该制备方法包括以下步骤：S10、将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍溶于水中，得到混合液，将络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵溶液加入混合液中，得到反应液，将反应液移入水热反应釜中，于1101100℃条件下反应11110h，得到固液混合物；S10、将固液混合物固液分离，将得到的固体物在5001500℃煅烧，得到掺杂镍的钒酸钴；S30、将掺杂镍的钒酸钴粉碎，加入混合溶剂中，得到溶液A，向溶液A中加入正硅酸乙酯和硝酸溶液，反应后得到溶液B；S40、分离出溶液B中的沉淀物，在4501550℃下煅烧，得到改性钒酸钴材料。本发明专利技术通过包覆改性与掺杂改性，两者共同作用，使制得的改性钒酸钴材料的循环性能好，且比电容高。且比电容高。且比电容高。

【技术实现步骤摘要】
一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器


[0001]本专利技术涉及电极材料
，特别涉及一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器。

技术介绍

[0002]超级电容器又叫做电化学电容器，是一种介于传统电容器和传统蓄电池之间的一种储能器件，具有寿命长、可逆性好、充放电速度快及输出功率高等特点。它是一种很好的补充电源，可以在很多动力装置上得到很好的应用。
[0003]超级电容器主要由集流体、电极、电解质和隔膜四部分组成，其中电极材料是决定超级电容器性能优劣的关键因素。目前，超级电容器电极材料主要包括碳材料、导电聚合物及过渡金属氧化物等，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。过渡金属氧化物属于一类重要的赝电容超级电容器材料，在众多的过渡金属氧化物中，钒基化合物电极材料因其独特的层状结构以及多价态钒成为超级电容器的优选。在钒基化合物中，钒酸钴是一类化学性能稳定优良、耐热性及结晶性能良好的无机化合物，具有良好的光学、电化学及催化特性的新型二元钒基化合物。相较于一元钒基化合物，其基于钒和钴双金属的界面效应和协同作用，能够提高电子、离子导电性及赝电容反应，因此在超级电容器具有良好的应用前景。
[0004]然而，钒酸钴材料虽然具有突出的理论容量优势，但其作为电极材料时，在充放电过程中，电解质溶液的H3O
+
、OH
‑
等离子在钒酸钴晶体颗粒中进行“嵌入”和“脱嵌”，会导致晶体结构膨胀/收缩，经多次循环后，会破坏钒酸钴电极的微观结构，使其循环性能差；同时，电极材料与电解液的长期接触会导致电极材料中的部分金属离子溶解到电解液中，造成电极活性材料的损失，进一步使循环稳定性变差。因此，钒酸钴材料作为超级电容器的电极材料时，循环稳定性差、使用寿命短，从而限制了其应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出一种改性钒酸钴材料的制备方法、以及超级电容器，旨在解决现有钒酸钴材料作为超级电容器的电极材料时，循环性能差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出一种改性钒酸钴材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0007]S10、将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍溶于去离子水中，得到混合液，在搅拌条件下，将络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵溶液加入所述混合液中，得到反应液，将所述反应液移入水热反应釜中，于1101100℃条件下反应11110 h，得到固液混合物；
[0008]S10、将所述固液混合物固液分离，并将得到的固体物洗涤、真空干燥，然后在5001500℃下煅烧，得到掺杂镍的钒酸钴材料；
[0009]S30、将所述掺杂镍的钒酸钴材料粉碎，然后加入混合溶剂中，得到溶液 A，向所述溶液A中加入正硅酸乙酯和硝酸溶液，在50℃水浴下搅拌反应后得到溶液B；
[0010]S40、分离出所述溶液B中的沉淀物，并洗涤、干燥，然后在4501550℃下煅烧，得到改性钒酸钴材料。
[0011]可选地，步骤S10中：
[0012]所述络合剂包括一水合柠檬酸；和/或，
[0013]所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠。
[0014]可选地，所述反应液中，偏钒酸铵的浓度为0.0710.13mol/L。
[0015]可选地，所述反应液中，所述所述六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵之间的摩尔比为(1
‑
x)：x：1：0.1：1，其中，0<x≤0.1。
[0016]可选地，步骤S10中：
[0017]所述真空干燥的干燥温度为70170℃，干燥时间为10114h；和/或，
[0018]所述煅烧过程中的升温速率为5110℃/m55，煅烧时间为315h。
[0019]可选地，步骤S30中：
[0020]所述混合溶剂包括水和无水乙醇；和/或，
[0021]所述硝酸溶液中，硝酸的质量分数为55151％。
[0022]可选地，步骤S30中：
[0023]所述混合溶剂包括水和无水乙醇，其中，所述水和无水乙醇的体积比为1： 5；和/或，
[0024]所述搅拌反应的时间为415h。
[0025]可选地，步骤S30中，所述掺杂镍的钒酸钴材料、混合溶剂、正硅酸乙酯和硝酸溶液的质量比为1：1：0.0034710.1735：0.1。
[0026]可选地，步骤S40中：
[0027]所述干燥的干燥温度为1101130℃，干燥时间为10114h；和/或，
[0028]所述煅烧过程中的升温速率为5110℃/m55，煅烧时间为415h。
[0029]此外，本专利技术还提出一种超级电容器，所述超级电容器包括电极材料，所述电极材料为改性钒酸钴材料，其中，所述改性钒酸钴材料由如上所述的改性钒酸钴材料的制备方法制得。
[0030]本专利技术提供的技术方案中，通过镍元素的掺杂调控钒酸钴材料的微观形貌，减小颗粒尺寸，增大电解液与电极材料的接触面积，表面电化学活性位点增多，从而增加电极材料的比电容，同时镍的掺杂会导致钒酸钴材料晶格收缩，阴阳离子间距离缩短，可以有效抑制钒酸钴在充放电过程中的结构变化，增强结构稳定性，进而提升钒酸钴材料的循环性能；通过在掺杂镍的钒酸钴材料表面包覆二氧化硅，可减少掺杂镍的钒酸钴材料与电解液的直接接触，以避免在长期的充放电循环过程中，掺杂镍的钒酸钴材料中的活性金属元素在电解液中溶解损失，从而进一步提高了掺杂镍的钒酸钴材料的循环性能。因此，本专利技术通过包覆改性与掺杂改性，两者共同作用，使制得的改性钒酸钴材料的循环性能好，且比电容高。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所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为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相关的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例1制得的改性钒酸钴材料Co
0.7
N5
0.1
V1O5/S5O1的XRD图及钒酸钴材料的标准XRD图谱(JCPDS No.51
‑
0130)；
[0033]图2为本专利技术实施例1制得的改性钒酸钴材料Co
0.7
N5
0.1
V1O5/S5O1的SEM 图；
[0034]图3为本专利技术对比例1制得的钒酸钴材料CoV1O5的SEM图；
[0035]图4为本专利技术对比例1制得的镍掺杂钒酸钴材料Co
0.7
N5
0.1
V1O5的SEM图；
[0036]图5为本专利技术实施例1制得的改性钒酸钴材料Co
0.7
N5
0.1
V1O5/S5O1的首次恒流充放电曲线。
[0037]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性钒酸钴材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、将六水合硝酸钴和六水合硝酸镍溶于去离子水中，得到混合液，在搅拌条件下，将络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵溶液加入所述混合液中，得到反应液，将所述反应液移入水热反应釜中，于180～200℃条件下反应12～20h，得到固液混合物；S20、将所述固液混合物固液分离，并将得到的固体物洗涤、真空干燥，然后在500～600℃下煅烧，得到掺杂镍的钒酸钴材料；S30、将所述掺杂镍的钒酸钴材料粉碎，然后加入混合溶剂中，得到溶液A，向所述溶液A中加入正硅酸乙酯和硝酸溶液，在60℃水浴下搅拌反应后得到溶液B；S40、分离出所述溶液B中的沉淀物，并洗涤、干燥，然后在450～550℃下煅烧，得到改性钒酸钴材料。2.如权利要求1所述的改性钒酸钴材料的制备方法，其特征在于，步骤S10中：所述络合剂包括一水合柠檬酸；和/或，所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠。3.如权利要求1所述的改性钒酸钴材料的制备方法，其特征在于，所述反应液中，偏钒酸铵的浓度为0.07～0.13mol/L。4.如权利要求1至3任意一项所述的改性钒酸钴材料的制备方法，其特征在于，所述反应液中，所述六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、络合剂、表面活性剂和偏钒酸铵之间的摩尔比为(1
‑
x)：x：2：0.1：2，其中，0<x≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔萍，范红红，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：