超级电容器电极材料的研究的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于超级电容器器件技术领域，具体涉及分级花状NiCo2O4超级电容器电极材料的研宄。
【背景技术】
[0002]随着世界能源危机的到来，生产和制造性能卓越的供电设备(例如超级电容器、锂离子电池等)变得越来越重要。过渡金属氧化物因其多样的价电子结构，丰富的物理和化学性质，以及在光电、催化、磁性以及超级电容器等领域的应用成为当今研宄的热点。
[0003]电极材料的电化学活性直接决定器件的电容性能，因此，活性电极材料的开发便成为ECs研宄和应用的重点。通常，用于ECs的电极材料包括炭材料、金属氧化物和导电聚合物三大类。炭材料电极通过电解液与电极的界面处形成的双电层存储能量(双电层电容)；金属氧化物及导电聚合物材料电极则通过快速可逆的氧化还原反应获得法拉第电容(赝电容)，此法拉第电容一般远大于炭材料获得的双电层电容。作为ECs电极材料使用的贵金属氧化物(如RuO2)具有非常优良的电化学电容性质，但昂贵的价格和剧毒性大大制约其作为电化学电容器电极材料的应用和商品化，研宄者尝试通过不同方法制备氧化钴(Co3O4)、氧化镲(N1)、氧化锡(SnO2)和氧化猛(MnOx)等贱金属氧化物，作为贵金属氧化物的替代品，电极的比容量、充放电效率和长循环寿命显著提高。
[0004]最近报道的关于单一组分的金属氧化物电极材料比容量有所增加，但较低的循环寿命，较差的电导率和高倍率特性阻碍了电极材料在实际中的应用，因此，最近将几种赝电容金属氧化物复合化引起了广大科研工作者的注意，特别是合成廉价易得的各种形貌的NiCo2O4电极材料，研宄表明此材料具有较好的电荷传导能力和电化学活性，特别是镍和钴离子在充放电过程中产生的协同作用，能够提供更丰富的赝电容反应活性点，提高电极的电化学性能。
[0005]近年来，各种方法用于控制合成具有良好形貌和功能可调的NiCo2O4电极材料，在纳米线阵列、纳米片、海胆状等形貌中，分级花状的多孔材料少有报道，其中以简便、节能、高效的合成方法，精准控制合成过渡金属氧化物仍需进一步探索。本发明采用在导电基底表面原位生长金属氧化物电极材料，可有效提高活性物质利用率高、增大活性表面、提高材料的扩散传质性能。
【发明内容】
[0006]本发明将导电集流体镍网上原位生长的分级花状NiCo2O4应用于超级电容器电极材料，提供一种制备方法简单且具有较高比容量和较好稳定性的赝电容电极材料。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案:一种分级花状NiCo2O4的超级电容器电极材料，所述的超级电容器的电极体系包括导电集流体，电极活性材料层、电解液和隔膜，导电基底为3D镍网。
[0008]本发明的超级电容器用四氧化三钴的制备方法，采用水热法在导电基底镍网上原位生长分级花状NiCo2O4，作为超级电容器的阴极，具体包括如下步骤:(1)将硝酸钴和硝酸镍，摩尔比1: (2-4)、络合剂氟化铵4 mmol和碱性沉淀剂尿素8 mmol，在蒸馏水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，并将洗涤后的导电基底置于溶液中，水热反应温度为100°C ~130°C，时间为5h。反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到直接生长在导电基底上的先驱体；(2)将前躯体在空气气氛中进行热处理，热处理的温度为2000C ~600°C，即得到所述的基于分级花状NiCo2O4的超级电容器电极材料。
[0009]分级花状NiCo2O4在导电基底上的稳定性通过超声震动的方法进彳丁检验。
[0010]水热法制备NiCo2O4过程中，为了得到形貌规整，结合牢固的阵列结构，导电基底的放置位置及方法有较大的影响，将导电基底的导电面向下置于反应釜中，且与底部的内角呈 45。~75。。
【附图说明】
[0011]图1是实施例1中所制备的分级花状NiCo2O4的低倍扫描电镜照片。
[0012]图2是实施例1中所制备的分级花状NiCo2O4的高倍扫描电镜照片。
[0013]图3是实施例1中所制备的分级花状NiCo2O4电极的循环伏安曲线。
[0014]图4是实施例1中所制备的分级花状NiCo2O4电极的充放电曲线。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例对本发明的技术方案及效果作进一步描述。但是，所使用的具体方法、配方和说明并不是对本发明的限制。
[0016]实施例1:将Immol硝酸钴、2mmol硝酸镲、4 mmol氟化钱和8 mmol尿素在蒸饱水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，120°C反应5h，并将洗涤后的导电基底镍网置于溶液中，反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到四氧化三钴的先驱体，将四氧化三钴前躯体在空气气氛中350°C热处理1.5h，得到分级花状NiCo204。
[0017]实施例2:将Immol硝酸钴、3mmol硝酸镲、4 mmol氟化钱和8 mmol尿素在蒸饱水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，120°C反应5h，并将洗涤后的导电基底镍网置于溶液中，反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到四氧化三钴的先驱体，将四氧化三钴前躯体在空气气氛中350°C热处理1.5h，得到分级花状NiCo204。
[0018]实施例3:将Immol硝酸钴、4mmol硝酸镲、4 mmol氟化钱和8 mmol尿素在蒸饱水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，120°C反应5h，并将洗涤后的导电基底镍网置于溶液中，反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到四氧化三钴的先驱体，将四氧化三钴前躯体在空气气氛中350°C热处理1.5h，得到分级花状NiCo204。
[0019]实施例4:将Immol硝酸钴、2mmol硝酸镲、4 mmol氟化钱和8 mmol尿素在蒸饱水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，130°C反应5h，并将洗涤后的导电基底镍网置于溶液中，反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到四氧化三钴的先驱体，将四氧化三钴前躯体在空气气氛中350°C热处理1.5h，得到分级花状NiCo204。
[0020]实施例5:将Immol硝酸钴、2mmol硝酸镲、4 mmol氟化钱和8 mmol尿素在蒸饱水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，140°C反应5h，并将洗涤后的导电基底镍网置于溶液中，反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到四氧化三钴的先驱体，将四氧化三钴前躯体在空气气氛中350°C热处理1.5h，得到分级花状NiCo204。
【主权项】
1.一种基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，所述的超级电容器的电极体系包括导电集流体，电极活性材料层、电解液和隔膜，其特征在于，所述电极活性材料是直接生长在导电集流体镍网上的分级花状NiCo204。
2.根据权利要求1所述的基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，其特征在于，所述的分级花状NiCo2O4是由分级微米片自组装而成，微米片高度为3-5Mffl。
3.一种基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，其特征在于包括如下步骤:硝酸钴和硝酸镍，摩尔比1: (2-4)、络合剂氟化铵4 mmol和碱性沉淀剂尿素8 mmol，在蒸馏水中超声混合均匀后，移入聚四氟内衬的高压反应釜中，并将洗涤后的导电基底置于溶液中，水热反应温度为100°C ~130°C，时间为5h。
4.反应完成后取出基底并进行水洗和真空干燥，得到直接生长在导电基底上的先驱体。
5.根据权利3所述的基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，其特征在于氟化铵作为络合剂有利于两种金属离子的沉淀。
6.根据权利3所述的基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，其特征在于导电基底的导电面向下置于反应釜中，且与底部的内角呈45°?75。。
【专利摘要】本发明公开了一种基于分级花状NiCo2O4的超级电容器用电极材料，所述的超级电容器电极材料是由水热法直接生长于导电基底镍网上的分级花状NiCo2O4，本发明所提供的NiCo2O4的制备方法所得到的花状结构是由纳米片自组装而成，同时，通过选择实验条件实现了在三维镍网上的原位生长，该制备过程操作简便，产物形貌规整，由于电极材料直接生长在导电基底上，免去了导电剂和粘合剂的加入，使电极的阻抗大大降低，分级结构电极材料增加了与导电基底的接触作用，同时纳米片层的松散自组装增加了电解液的渗透作用。
【IPC分类】H01G11-46, H01G11-26, H01G11-86
【公开号】CN104701036
【申请号】CN201510135896
【发明人】韩丹丹, 徐鹏程, 史晋宜, 沈启慧, 于江微, 张立平
【申请人】吉林化工学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月27日