一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料及制备方法技术

本发明专利技术属于电容器技术领域，涉及一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料及制备方法。本发明专利技术制备方法包括以下步骤：首先草酸和可溶性镍盐水热反应制备草酸镍；然后草酸镍与可溶性镍盐、可溶性钴盐、六亚甲基四胺进行水热反应得到花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料。本发明专利技术所制备的电极材料超电性能优异，草酸镍和镍钴层状双金属氢氧化物复合之后减少了草酸镍的团聚，材料的比表面积变大，增加了反应的活性位点，有利于电子传输，本发明专利技术制得的花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器的比容量与单体草酸镍和镍钴层状双金属氢氧化物相比有了很大的提升，提高了比电容。比电容。比电容。

【技术实现步骤摘要】
一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料及制备方法


[0001]本专利技术属于电容器
，涉及一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着人口的快速增长和经济增长，化石燃料造成的能源危机和生态污染日益严重，同时也带来了昂贵的治理成本，能源短缺和环境污染已经成为影响人类发展的两个重要问题。因此，清洁和可持续能源的发展和能源效率的研究引起了人们的广泛关注，能量的存储和转换显得尤为重要。在各种能源存储和转换器中，电池和电容器技术蓬勃发展起来。电池具有较高的能量密度，但功率密度较低，且在充放电循环中树枝状枝晶的生长会给锂离子电池带来一定的安全隐患；传统电容器具有高功率密度，但能量密度低。
[0003]超级电容器作为一种新型高效且环保的高效储能装置，具有高功率密度、循环寿命长等特点，在能源利用与储能领域备受关注。影响超级电容器性能的一个关键因素是电极材料。在各种过渡金属中，镍基材料由于其优良的导电性、来源广、成本低等优点，成为制备超级电容器电极的优选材料。然而，镍基材料中氧化镍和氢氧化镍本身的性能欠佳，这类材料主要存在以下问题：(1)本身具有相对较窄的潜在电压窗口(0.4
‑
0.6V)；(2)由于其固有的半导体或绝缘体性质使其具有较低的电导率(10
‑3‑
10
‑2S cm
‑1)；(3)由于法拉第氧化还原反应过程中的不可逆性和体积膨胀或收缩，使其循环稳定性一般。
[0004]近年来，草酸盐作为超级电容器的电极材料被广泛研究，Jung等通过将草酸和镍箔在各种有机溶剂中发生化学反应来制备小草状结构的草酸镍，发现其比电容高于氧化镍。Gao等采用两步水热法合成了分层NiC2O4/Ni(OH)2纳米球，在1A g
‑1时提供了668C g
‑1的优良比容量。Zhao等用简单的水热法合成的二维多孔草酸镍薄片，在1A g
‑1电流密度下的比电容为2835F g
‑1，经过5000次充放电循环后，在10Ag
‑1时容量保持率为92.5％。虽然现在可以通过控制草酸镍的合成过程和改变纳米结构的形貌来进行改性，但是仍存在草酸镍导电性较低和粒子的堆积和团簇会降低电化学性能等缺点，因此，设计并制备可行的草酸镍基复合电极材料，最大限度地发挥每个材料的优点，并利用协同效应提高电极材料的性能，是有实际价值的。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题，提供了一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料及制备方法。本专利技术通过花球状镍钴层状双金属氢氧化物和草酸镍复合来减少草酸镍纳米长方体的团聚，降低电极材料在充放电过程中的结构坍塌和体积膨胀速率，进而提高材料的化学稳定性和电容容量。另外花球状镍钴层状双金属氢氧化物的高比表面积使其与草酸镍复合，增加了活性位点，提高了复合材料的比电容。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：
[0008](1)将可溶性镍盐和草酸在去离子水中溶解，搅拌均匀得到混合液A，将所述混合液A放入高温反应釜中，把反应釜放置在烘箱中，设置烘箱温度为160
‑
200℃，进行水热反应，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到草酸镍；
[0009](2)将步骤(1)得到的草酸镍与可溶性镍盐、可溶性钴盐与六亚甲基四胺在去离子水中于室温下超声分散均匀，得到混合液B，将所述混合液B放入高温反应釜中，把反应釜放置在烘箱中，设置烘箱温度为85
‑
105℃，进行水热反应，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料。
[0010]优选的，所述步骤(1)中可溶性镍盐与草酸的摩尔比1:7
‑
9。
[0011]优选的，所述步骤(1)中可溶性镍盐选自氯化镍、乙酸镍、硝酸镍中的任意一种。
[0012]优选的，所述步骤(1)中搅拌时间为20
‑
40分钟，转速200r/min。
[0013]优选的，所述步骤(1)中水热反应的反应时间为6
‑
8h。
[0014]优选的，所述步骤(1)中洗涤方法为用去离子水与乙醇进行交叉清洗；所述干燥条件为在40
‑
80℃烘箱中干燥8
‑
16h。
[0015]优选的，所述步骤(2)中草酸镍、可溶性镍盐、可溶性钴盐与六亚甲基四胺的摩尔比为1.35
‑
2.7:1:2:5。
[0016]优选的，所述步骤(2)中可溶性镍盐选自氯化镍、乙酸镍、硝酸镍中的任意一种，可溶性钴盐选自氯化钴、乙酸钴、硝酸钴中的任意一种。
[0017]进一步优选的，所述步骤(2)中可溶性镍盐为六水合硝酸镍，可溶性钴盐为六水合硝酸钴。
[0018]优选的，所述步骤(2)中超声的时间为30
‑
60min。
[0019]优选的，所述步骤(2)中水热反应时间为6
‑
10h。
[0020]优选的，所述步骤(2)中洗涤方法为用去离子水与乙醇进行交叉清洗，干燥条件为置于40
‑
80℃烘箱中干燥8
‑
16h。
[0021]优选的，所述花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：
[0022](1)称量1mmol的六水合氯化镍与8mmol的草酸，室温条件下在盛有30ml去离子水的烧杯中溶解，将所述烧杯置于磁力搅拌机上搅拌30分钟，使溶液混合均匀，得到混合液A；将所述混合液A加入高温反应釜中，将高温反应釜在180℃的烘箱中放置7h，恒温进行水热反应，反应结束后将沉淀过滤，再用去离子水与乙醇交叉清洗6次，然后置于60℃恒温烘箱中干燥12h，得到草酸镍；
[0023](2)取步骤(1)所述的草酸镍0.27mmol，并与0.15mmol六水合硝酸镍、0.3mmol六水合硝酸钴与0.75mmol六亚甲基四胺，在室温条件下加入盛放有20mL去离子水的高温反应釜中；将所述高温反应釜在超声机中超声40min后，置于95℃烘箱中保温8h，进行水热反应，反应结束后将沉淀过滤，并用去离子水和无水乙醇交叉清洗6次，最后置于60℃烘箱干燥12h，即得花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料。
[0024]本专利技术还提供上述方法制得的花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料。
[0025]本专利技术还提供由上述花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料制备的超级电容器。
[0026]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0027]1、本专利技术所使用的原料来源广泛、成本低廉、绿色无污染，减少了资源消耗。
[0028]2、本专利技术利用两次水热法制备出花球状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将可溶性镍盐和草酸在去离子水中溶解，搅拌均匀得到混合液A，将所述混合液A放入高温反应釜中，把反应釜放置在烘箱中，设置烘箱温度为160
‑
200℃，进行水热反应，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到草酸镍；(2)将步骤(1)得到的草酸镍与可溶性镍盐、可溶性钴盐与六亚甲基四胺在去离子水中于室温下超声分散均匀，得到混合液B，将所述混合液B放入高温反应釜中，把反应釜放置在烘箱中，设置烘箱温度为85
‑
105℃，进行水热反应，反应结束后经过滤、洗涤、干燥得到所述花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中可溶性镍盐与草酸的摩尔比1:7
‑
9。3.根据权利要求1所述的一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中可溶性镍盐选自氯化镍、乙酸镍、硝酸镍中的任意一种，优选为氯化镍。4.根据权利要求1所述的一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水热反应的反应时间为6
‑
8h；搅拌时间为20
‑
40分钟，转速200r/min；洗涤方法为用去离子水与乙醇进行交叉清洗；所述干燥条件为在40
‑
80℃烘箱中干燥8
‑
16h。5.根据权利要求1所述的一种花球状镍钴层状双金属氢氧化物负载草酸镍超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中可溶性镍盐选自氯化镍、乙酸镍、硝酸镍中的任意一种；所述可溶性钴盐选自氯化钴、乙酸钴、硝酸钴中的任意一种；优选的，所述步骤(2)中可溶性镍盐为硝酸镍，所述可溶性钴盐为硝酸钴。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏明志，张哲，卢启芳，郭恩言，司聪慧，高兴龙，张悦，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：