一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，包括以下步驟：(1)將四水合乙酸鎳溶解于乙二醇和水的混合液中，攪拌后加入葡萄糖，再繼續(xù)攪拌，制得混合溶液；(2)將上述混合溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，保持80％填充度，100-200℃下反應(yīng)2-48小時(shí)，然后冷卻水熱反應(yīng)釜至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；(3)離心步驟(2)所得反應(yīng)產(chǎn)物，并洗滌、干燥，將干燥后的樣品煅燒，即得到超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備得到的NiO電極材料為多孔花狀結(jié)構(gòu)，不僅具有較高比電容，同時(shí)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種優(yōu)良的超級(jí)電容器電極材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電極材料的制備方法，尤其是涉及一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源需求也越多，但是由于傳統(tǒng)的化石能源不能再生， 并且給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，因此人們?cè)趯で蟓h(huán)境友好的、可再生的、利用率高的新能源。伴隨新能源的開(kāi)發(fā)，也迫切需要開(kāi)發(fā)新的高效、低成本、環(huán)保、高性能的能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存系統(tǒng)，因此，超級(jí)電容器應(yīng)運(yùn)而生。超級(jí)電容器也稱(chēng)電化學(xué)電容器，它是一種在性能上比傳統(tǒng)電容器更優(yōu)異的電容器，比傳統(tǒng)的電容器能量密度高上百倍，同時(shí)又具有功率密度高、可快速充放電、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)，信息技術(shù)，移動(dòng)通訊設(shè)備，國(guó)防科技等領(lǐng)域，從而引起了科研工作者的廣泛關(guān)注(林立華，等.應(yīng)用化工，2011，40(6): 1095-1099 ;龐旭，等?表面技術(shù)，2009，38 (3): 77-79 ;張治安，材料導(dǎo)報(bào)，2004，18 (7): 30-33)。
[0003]超級(jí)電容器的電極材料主要有三種:碳材料、導(dǎo)電聚合物、過(guò)渡金屬氧化物。其中過(guò)渡金屬氧化物由于具有高的比電容和優(yōu)異的循環(huán)可逆性，因此被認(rèn)為是理想的電極材料。
[0004]在過(guò)渡金屬氧化物中，氧化鎳(NiO)由于具有環(huán)境友好，低成本，容易合成，最重要的是，NiO具有很高的理論比電容(2584F/g)，這些優(yōu)點(diǎn)使NiO成為一種最可能實(shí)際應(yīng)用的理想電極材料。到目前研究為止，已經(jīng)制備了多種不同形貌和結(jié)構(gòu)的NiO電極材料，但是所獲得的實(shí)際比電容遠(yuǎn)低于理論比電容，因此需要進(jìn)一步研究氧化鎳電極材料的合成，從而提聞其比電容。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利CN102874884A公布了一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，包括:將六水合硝酸鎳Ni (N03) 2 -6H20和聚乙烯吡咯烷酮PVP溶解于甲醇和水中，并攪拌，制得混合溶液；然后將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，在150-200°C水熱條件下反應(yīng)3-24小時(shí)，后冷卻反應(yīng)釜至室溫，離心所得到的產(chǎn)物，洗滌，干燥；將干燥后的樣品煅燒；所得到的樣品為超級(jí)電容器電極材料。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，低成本，適于大規(guī)模生產(chǎn)，制備得到的多孔花狀NiO電極材料不僅具有較高比電容，同時(shí)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，是一種優(yōu)良的超級(jí)電容器電極材料。但該方法采用了甲醇作為反應(yīng)溶劑，而甲醇是一種易揮發(fā)的有毒溶劑，因?yàn)榉悬c(diǎn)較低，在高溫下反應(yīng)容易產(chǎn)生危險(xiǎn)。并且該方法制備的花狀氧化鎳的比電容不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多孔花狀超級(jí)電容器電極材料氧化鎳(NiO)的制備方法，該方法可以顯著提高NiO電極材料的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)可以簡(jiǎn)單，快速，大規(guī)模制備該材料而滿足實(shí)際應(yīng)用。[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0009](I)將四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 *4H20)溶解于乙二醇和水的混合液中，攪拌5_60分鐘后加入葡萄糖，再繼續(xù)攪拌5-60分鐘，制得混合溶液；
[0010](2)將上述混合溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，100-200°C下反應(yīng)2-48小時(shí)，然后冷卻水熱反應(yīng)釜至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
[0011](3)離心步驟(2)所得反應(yīng)產(chǎn)物，并洗滌、干燥，將干燥后的樣品煅燒，即得到超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。
[0012]步驟(1)所述的四水合乙酸鎳與葡萄糖的配比為2~8mmOl/0.001~0.05g。
[0013]步驟(1)中乙二醇與水的體積比為20: I~0.05: I。
[0014]所述的水熱反應(yīng)釜為聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜。
[0015]步驟(3)所述的洗滌為分別用去離子水和乙醇洗滌。
[0016]步驟(3)所述的煅燒的溫度為300_500°C，煅燒的時(shí)間為20-600分鐘，煅燒是在馬弗爐中進(jìn)行的。
[0017]步驟(3)制得的超級(jí)電容器電極材料氧化鎳是由超薄多孔納米片組裝成的花狀結(jié)構(gòu)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、用本發(fā)明的方法制備得到的NiO電極材料為多孔花狀結(jié)構(gòu)，不僅具有較高比電容，比電容高達(dá)912F/g，比中國(guó)專(zhuān)利CN102874884A報(bào)道的比電容大約要高20 %以上，同時(shí)具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)后，比電容損失不到9%，是一種優(yōu)良的超級(jí)電容器電極材料`。
[0020]2、本發(fā)明NiO的制備方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、成本低，有利于NiO在超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用。反應(yīng)采用的表面活性劑是葡萄糖，葡萄糖具有價(jià)格便宜，原料易得等特點(diǎn)，葡萄糖在反應(yīng)中主要起到控制氧化鎳前體(氫氧化鎳)形成超薄片狀形貌，并且葡萄糖分子也是片狀結(jié)構(gòu)的組成成分之一，經(jīng)過(guò)焙燒后，變成二氧化碳，因此在氧化鎳片狀結(jié)構(gòu)中有許多細(xì)孔，因此大大的提高了氧化鎳的比表面，從而大大提高了其比電容。相比于中國(guó)專(zhuān)利CN102874884A采用的聚乙烯吡咯烷酮PVP作為表面活性劑，葡萄糖用量少，并且價(jià)格便宜。本發(fā)明采用的反應(yīng)溶劑是水和乙二醇，乙二醇沸點(diǎn)高，毒性低，具有相對(duì)安全環(huán)保等特點(diǎn)。而中國(guó)專(zhuān)利CN102874884A采用了水和甲醇作為反應(yīng)溶劑，而甲醇是一種易揮發(fā)的有毒溶劑，因?yàn)榉悬c(diǎn)較低，在高溫下反應(yīng)容易產(chǎn)生危險(xiǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明中制備的電極材料氧化鎳的低倍SM圖片；
[0022]圖2為本發(fā)明中制備的電極材料氧化鎳的高倍SM圖片；
[0023]圖3為本發(fā)明中制備的電極材料氧化鎳的TCM圖片；
[0024]圖4為本發(fā)明中制備的電極材料氧化鎳的循環(huán)伏安圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。[0026]實(shí)施例1
[0027](I)稱(chēng)取四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 ? 4H20) 5mmol溶解于IOmL乙二醇和36mL水組成的混合液中，攪拌20分鐘，乙酸鎳完全溶解，然后加入0.005g葡萄糖，再繼續(xù)攪拌10分鐘， 制得混合溶液；
[0028](2)將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將所述水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，180°C下反應(yīng)16小時(shí)，然后冷卻反應(yīng)釜至室溫；
[0029](3)離心步驟(2)所得到的產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥；將干燥后的樣品放入馬弗爐中在450°C煅燒2小時(shí)；所得到的最終樣品為超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。
[0030]本實(shí)施例制得的超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的SM圖如圖1、圖2所示，氧化鎳組裝形成了一個(gè)個(gè)相對(duì)比較規(guī)整的花，花的直徑大約在5-9 ym，花是由超薄的納米片組裝而成，納米片堆疊在一起，形成了疏松的花狀結(jié)構(gòu)，納米片有許多細(xì)孔，因此具有很大的比表面積。
[0031]超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的TCM圖如圖3所示，氧化鎳是由許多超薄的片組成， 通過(guò)TEM圖可以看出片上有許多孔，因此制備的氧化鎳電極材料具有很大的比表面積。
[0032]超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的循環(huán)伏安圖如圖4所示，從圖中可以看出，在掃描速度為50mV/s，制備的氧化鎳電極材料的比電容高達(dá)912F/g，比中國(guó)專(zhuān)利CN102874884A報(bào)道的比電容大約要高20%以上。因此，采用本發(fā)明方法，可以大大提高氧化鎳電極材料的比電容。并且采用的表面活性劑價(jià)廉易得，用量少，反應(yīng)溶劑相對(duì)安全和環(huán)保。
[0033]實(shí)施例2
[0034](I)稱(chēng)取四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 ? 4H20) 3mmol溶解于23mL乙二醇和23mL水組成的混合液中，攪拌10分鐘，乙酸鎳完全溶解，然后加入0.01Og葡萄糖，再繼續(xù)攪拌20分鐘， 制得混合溶液；
[0035](2)將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將所述水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，160°C下反應(yīng)24小時(shí)，然后冷卻反應(yīng)釜至室溫。
[0036](3)離心所得到的產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥；將干燥后的樣品放入馬弗爐中在450°C煅燒I小時(shí)；所得到的最終樣品為超級(jí)電容器氧化鎳電極材料。
[0037]實(shí)施例3
[0038](I)稱(chēng)取四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 ? 4H20) 6mmol溶解于30mL乙二醇和16mL水組成的混合液中，攪拌30分鐘，乙酸鎳完全溶解，然后加入0.005g葡萄糖，再繼續(xù)攪拌20分鐘， 制得混合溶液；
[0039](2)將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將所述水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，180°C下反應(yīng)12小時(shí)，然后冷卻反應(yīng)釜至室溫。
[0040](3)離心所得到的產(chǎn)物，分別用去離子水和乙醇洗滌，并干燥；將干燥后的樣品放入馬弗爐中在450°C煅燒3小時(shí)；所得到的最終樣品為超級(jí)電容器氧化鎳電極材料。
[0041]實(shí)施例4
[0042]一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0043](I)將四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 MH2OUmmol溶解于乙二醇和水的混合液中，其中， 乙二醇與水的體積分別為20ml與1ml，攪拌5分鐘后加入葡萄糖0.0Olg,再繼續(xù)攪拌5分鐘，制得混合溶液；
[0044](2)將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，100°C下反應(yīng)48小時(shí)，然后冷卻水熱反應(yīng)釜至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
[0045](3)離心步驟(2)所得反應(yīng)產(chǎn)物，并分別用去離子水和乙醇洗滌、干燥，將干燥后的樣品放在馬弗爐中，在300°C下煅燒600分鐘，即得到超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。
[0046]步驟(3)制得的超級(jí)電容器電極材料氧化鎳是由超薄多孔納米片組裝成的花狀結(jié)構(gòu)。
[0047]實(shí)施例5
[0048]一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0049](I)將四水合乙酸鎳(C4H6NiO4 MHWMmmoI溶解于乙二醇和水的混合液中，其中， 乙二醇與水的體積分別為5ml與100ml，攪拌60分鐘后加入葡萄糖0.05g，再繼續(xù)攪拌60 分鐘，制得混合溶液；
[0050](2)將上述混合溶液倒入聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，將水熱反應(yīng)釜放入鼓風(fēng)干燥箱中，200°C下反應(yīng)2小時(shí)，然后冷卻水熱反應(yīng)釜至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；
[0051](3)離心步驟(2)所得反應(yīng)產(chǎn)物，并分別用去離子水和乙醇洗滌、干燥，將干燥后的樣品放在馬弗爐中，在500°C下煅燒20分鐘，即得到超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。
[0052]步驟(3)制得的超級(jí)電容器電極材料氧化鎳是由超薄`多孔納米片組裝成的花狀結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:(1)將四水合乙酸鎳溶解于乙二醇和水的混合液中，攪拌后加入葡萄糖，再繼續(xù)攪拌， 制得混合溶液；(2)將上述混合溶液倒入水熱反應(yīng)釜中，保持80%填充度，100-200°C下反應(yīng)2-48小時(shí)，然后冷卻水熱反應(yīng)釜至室溫，得到反應(yīng)產(chǎn)物；(3)離心步驟⑵所得反應(yīng)產(chǎn)物，并洗滌、干燥，將干燥后的樣品煅燒，即得到超級(jí)電容器電極材料氧化鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 步驟(1)所述的四水合乙酸鎳與葡萄糖的配比為2~8mmol/0.001~0.05g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 步驟(1)中乙二醇與水的體積比為20: I~0.05: I。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 所述的水熱反應(yīng)釜為聚四氟乙烯襯底的水熱反應(yīng)釜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種 超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 步驟(3)所述的洗滌為分別用去離子水和乙醇洗滌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 步驟(3)所述的煅燒的溫度為300-500°C，煅燒的時(shí)間為20-600分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超級(jí)電容器電極材料氧化鎳的制備方法，其特征在于， 步驟(3)制得的超級(jí)電容器電極材料氧化鎳是由超薄多孔納米片組裝成的花狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C01G53/04GK103553151SQ201310476162
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】劉錫建, 肖穩(wěn)發(fā), 王遠(yuǎn)強(qiáng), 孫彥剛, 徐菁利 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)