C材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球经济发展，环境污染、温室效应以及能源危机迫使人们急切地寻求一种绿色、安全、无污染的新型储能装置。锂离子电池因其高的能量密度、毒性小被广泛应用于电子便携设备、国防科技、航空航天、电动汽车等领域中，但是锂离子电池因其自身较差的功率性和潜在的安全风险限制了其在动力电源等领域的广泛应用。超级电容器因其杰出的倍率性能以及循环寿命被视为锂离子的补充或替代物，一经问世就备受关注。众所周知，电极材料对超级电容器的性能好坏起着决定性的作用。一般超级电容器材料包括:碳材料，导电聚合物以及金属氧化物(氢氧化物)三大类。其中，金属氧化物(氢氧化物)由于具有比容量高、倍率性、原材料丰富的优势，是一种具有较好的潜在应用前景的超级电容器材料。本发明在此提供了一种超级电容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制备方法，该制备方法简单、易控，合适大规模操作，所制得的Ni1 x yCoxMny(OH)2OC复合材料具有高比容量及优异的倍率性能，具有较好的应用前景。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种简单、高效、易于操作的超级电容器用Ni1 x yCoxMny (OH) 2iC材料及其制备方法，采用此方法所得的材料用作超级电容器活性材料时具有高比容量和优异的倍率性。
[0004]本发明的超级电容器用NilxyCoxMny (OH)2OC材料，分子式中0.1 < x彡1，0.1彡y彡I，所述的复合材料中的Ni1 x yCoxMny (OH)2的粒径处于10纳米至100微米之间。
[0005]本发明超级电容器用Ni1 xyCoxMny (OH)2OC材料的制备方法，包括下述步骤:(I)制备Ni1 x yCoxMny(OH)2:将镍盐、钴盐和锰盐溶解到混合溶液中，然后加入沉淀剂得到混合液，将上述混合液置于聚四氟乙烯反应器中于120-200°C反应2-48小时，分离、干燥后可得Ni1 x yCoxMny(0H)2；⑵引入C制备N1: x yCoxMny(OH)2iC复合材料:将步骤⑴所得的Ni1 x yCoxMny(0H)2分散到混合溶液中，然后添加C材料，搅拌均匀后置于反应釜中二次水热处理，在100-240°C反应1-24小时，离心、分离干燥后即可得到复合材料Ni1 x yCoxMny(OH)2iC。
[0006]步骤(I)中镍盐、钴盐和锰盐分别是硝酸盐、硫酸盐、氯化物或醋酸盐；混合溶液为去离子水、无水乙醇、乙二醇和丙酮中任意两种的混合，混合比例从0.1:1至1:0.1 ;沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸胺和尿素中的一种或几种；沉淀剂的用量和金属盐总量摩尔比充1:0.5至I:2o
[0007]步骤⑵引入C为具有高的导电性能的碳材料，可以是碳纳米管、天然石墨、活性炭和石墨稀中的一种或几种。
[0008]步骤⑵添加C的质量为Ni1 x yCoxMny (OH)2质量的l_80wt%。
[0009]步骤(2)的混合溶液为去离子水、无水乙醇、乙二醇和丙酮中任意两种或多种的混合液。
[0010]本发明的超级电容器用Ni1 x yCoxMny(OH)2OC材料的应用，所述的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC用作超级电容器活性材料。
[0011]本发明的NixCoyMn1 x y(0H)2@C材料的制备方法操作简单、效率高、绿色安全、合适大规模生产；所制得的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC复合材料具有高比电容和高功率的特点，并且材料成本低，具有很好的大规模应用前景。
【附图说明】
[0012]图la，b 分别为实施例1 所制备的 NixCoyMni xy (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH)2OC 的扫描电镜图。
[0013]图2由实施例1制备的NixCoyMn1 xy (OH)2OC超级电容器材料的恒流充放电曲线图。
[0014]图3由实施例1制备的NixCoyMn1 x y (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH) 2@C超级电容器材料的倍率性能图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
[0016](I)制备 Niasi2Coa083Mnai05(OH)2:将 1.4852g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.1862g 的Co (NO3)2.6H20和0.2290g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作为沉淀剂，将上述溶液置于聚四氟乙烯反应器中于180°C反应7.5小时，分离、干燥后可得NiQ.812CoQ.QS3MnQ.1Q5(0H)2，其形貌如图1a中所不O
[0017](2)引入C制备Niasi2Coa083Mn0J5(OH)2OC复合材料:将步骤(I)所得的0.2g的Ni0.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2均匀分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，搅拌均匀后置于反应釜中二次水热处理，在200°C反应4小时，离心、分离干燥后即可得到 N1.8I2CO0.083^110_ 105 (OH) 2@C材料，扫描电镜如图1b所示。把所得到的Ni。.812Co0.083Mn0.105 (OH) 2和Ni ο.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2iC分别涂到泡沫镍上，在2mol/L的KOH电解液中，铂电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，三电极体系测它们的电化学性能，结果表明Niasi2CO0.083MnaiQ5 (OH)2在电流密度为0.5A/g时，比容量能达到1884.53F/g ;当电流密度达到1A/g时其比容量是977.38F/go同样，Niasi2CoaQS3MnaiQ5 (OH)2OC在电流密度为0.5A/g时，比容量能达到1712.13F/g ;当电流密度达到ΙΟΑ/g时其比容量是1535.43F/g ;继续增至20A/g时，比容量仍能保持在0.5A/g时比容量的79.8%。
[0018]实施例2
[0019](I)制备 Ni議Coa 047Mn議(OH)2:将 1.6758g 的 Ni (NO 3) 2.6Η20、0.0931g 的Co (NO3)2.6H20和0.1145g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作为沉淀剂，将上述溶液置于聚四氟乙烯反应器中于180°C反应7.5小时，分离、干燥后可得Nias95CoaQ47MnQ.Q58(0H)2。
[0020](2)引入C制备Nia895CoaQ47MnQ.Q5S(OH)2iC复合材料:将步骤⑴所得的0.2g的Ni0.S95Co0.Q47Mn0.058 (OH) 2均匀分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，搅拌均匀后置于反应釜中二次水热处理，在200°C反应4小时，离心、分离干燥后即可得到 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2和 Ni 0.895Co0.047Mn0.。58 (OH)2OC分别涂到泡沫镍上，在2mol/L的KOH电解液中，铂电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，三电极体系测它们的电化学性能，结果表明Nias95CoaM7Mna(]5S(0H)2、Nias95Cο。.047MnaQ5S (OH)2OC 在电流密度为 0.5A/g 时，比容量分别是 1720.31F/g、1661.71F/g。
[0021]实施例3
[0022](I)制备 Nia 625Coai83Mnai92(OH)2:将 1.1167g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.3725g 的Co (NO3) 2.6H20和0.4581g的50% Mn (NO3) 2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作为沉淀剂，将上述溶液置于聚四氟乙烯反应器中于180°C反应7.5小时，分离、干燥后可得Nia 625Coai83Mnai92(OH)2。
[0023](2)引入 C 制备 Nia 625Coa 183Mn0.192(OH)2iC 复合材料:将步骤(I)所得的 0.2g 的 Ni0.S25Co0.183Mn0.192 (OH) 2均匀分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，搅拌均匀后置于反应釜中二次水热处理，在200°C反应4小时，离心、分离干燥后即可得到 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2和 Ni 0.625Co0.183Mn0.192(OH)2OC分别涂到泡沫镍上，在2mol/L的KOH电解液中，铂电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，三电极体系测它们的电化学性能，结果表明Nia625Coais3Mnai92(OH)2、Nia 625COai83Mnai92 (OH)2OC 在电流密度为 0.5A/g 时，比容量分别是 1268.72F/g、1133.99F/g。
[0024]实施例4
[0025](I)制备 Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2:将 0.9306g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.4656g 的Co (NO3)2.6H20和0.5726g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作为沉淀剂，将上述溶液置于聚四氟乙烯反应器中于180°C反应7.5小时，分离、干燥后可得Nia5QSCoa 263MnQ.229 (0H)2。
[0026](2)引入C制备Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2iC复合材料:将步骤(I)所得的0.2g的Ni0.SO8Co0.263Mn0.229 (OH) 2均匀分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，搅拌均匀后置于反应釜中二次水热处理，在200°C反应4小时，离心、分离干燥后即可得到 Ni。.S08Co0.26