一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钴酸镍(NiCo2O4)是一种尖晶石相结构的AB2O4型复合氧化物，其在晶体结构中，镍离子占据八面体位置，钴离子既占有八面体位置又占据四面体位置。相比于单一的氧化镍和四氧化三钴，钴酸镍本身具有较好的导电性。除此之外，钴酸镍具有较高的电化学性能，生产成本低，原料充足和环境友好等优点，吸引了研究学者的普遍关注，在德国的《德国应用化学》杂志(2015年，54卷1868页)有过报道。目前，已有文献报道制备钴酸镍的方法有:高温固相法、溶胶-凝胶法、机械化学合成法、液相化学沉淀法等，但此类方法制备的钴酸镍颗粒分布不均匀，分散性不好，产量低，并且制作方法较为繁琐复杂。目前，制备使用比较普遍的方法是水(溶剂)热法，因其具有工艺简单易行、能量消耗相对较小、且产物易于控制、反应时间较短等优点。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法，具有优异的性能，能够作为超级电容器电极使用。
[0004]本发明提供了一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法，步骤如下:
[0005](I)将Ni(NO3)2.6H20、Co(N03)2.6H2O和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A;
[0006](2)在溶液A中加入十六烷基磺酸钠和微量KNO3，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0007](3)将溶液B转移至反应釜中，在100_130°C下恒温反应20-26小时，洗涤，烘干，得到前驱体；
[0008](4)将前驱体在空气中经360_390°C恒温热处理后，得到钴酸镍纳米材料。
[0009]作为优选，步骤(I)中所述Ni(NO3)2.6H20、Co(N03)2.6H2O和尿素的摩尔比为1: 2:(10-15)，镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.4mol/L。
[0010]作为优选，所述十六烷基磺酸钠的加入量为步骤(I)中去离子水体积的1/6-1/4，所述KNO3在溶液B中的摩尔浓度为0.003mol/L。
[0011]作为优选，步骤(2)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。
[0012]本发明还提供应用上述任一方法制备得到的钴酸镍纳米材料。
[0013]本发明还提供上述钴酸镍纳米材料在制备超级电容器电极中的应用。
[0014]本发明以去离子水和十六烷基磺酸钠作为溶剂，以Ni(NO3)2.6H2O和Co(NO3)2.6H20为反应原料，通过溶剂热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种纯度高、比表面积大(68m2/g)的钴酸镍纳米材料，在电极方面应用提高了活性材料和电解液的接触面，提高了反应速率;在充放电测试中，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值2080F/g，经过3500次充放电测试之后比容量仍保持了93%以上，能够作为超级电容器电极材料使用；制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产。
【附图说明】
[0015]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0016]图1是实施例1中制备的超级电容器用钴酸镍纳米材料的X-射线衍射图，其中:横坐标是衍射角度(2Θ)，纵坐标是相对衍射强度。
【具体实施方式】
[0017]以下的实施例仅为本发明的较优实施例，不应理解为对本发明的限定。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实验中所用原料:Ni (NO3)2.6H20和Co(NO3)2.6H20均为分析纯。
[0018]实施例1
[0019]本发明的一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法步骤如下:
[0020](lM#11.6gNi(N03)2.6H20(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2.6H20(含钴离子
0.08mol)和24.0g尿素加入到10ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
[0021](2)在溶液A中加入16.7ml十六烷基磺酸钠和0.035gKN03，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0022](3)将溶液B转移至反应釜中，在110°C下恒温反应22小时，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在62°C下恒温干燥，得到前驱体；
[0023](4)将前驱体在空气中经370°C恒温热处理2h(升温速率l°C/min)后，得到钴酸镍纳米材料。
[0024]本申请人经实验发现，在以去离子水为溶剂、以十六烷基磺酸钠为表面活性剂构成的反应体系中，加入微量的KNO3能够大幅度提高制备的钴酸镍纳米材料的比表面积和比容量，因此，申请人猜测，KNO3在其中起到了助剂的作用。
[0025]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值2080F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1490F/g;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在93 %以上。
[0026]实施例2
[0027]本发明的超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法步骤如下:
[0028](lM#11.6gNi(N03)2.6H20(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2.6H20(含钴离子0.08mol)和36.0g尿素加入到10ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
[0029](2)在溶液A中加入25ml十六烷基磺酸钠和0.038gKN03，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0030](3)将溶液B转移至反应釜中，在100°C下恒温反应24小时，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在60°C下恒温干燥，得到前驱体；
[0031](4)将前驱体在空气中经380°C恒温热处理3h(升温速率2°C/min)后，得到钴酸镍纳米材料。
[0032]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值201 OF/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1430F/g;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在92 %以上。
[0033]实施例3
[0034]本发明的超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法步骤如下:
[0035](lM#11.6gNi(N03)2.6H20(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2.6H20(含钴离子0.08mol)和31.0g尿素加入到10ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
[0036](2)在溶液A中加入19ml十六烷基磺酸钠和0.036gKN03，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0037](3)将溶液B转移至反应釜中，在130°C下恒温反应26小时，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65°C下恒温干燥，得到前驱体；
[0038](4)将前驱体在空气中经390°C恒温热处理2h(升温速率l°C/min)后，得到钴酸镍纳米材料。
[0039]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值1940F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1410F/g;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在90 %以上。
[0040]实施例4
[0041]本发明的超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法步骤如下:
[0042](lM#11.6gNi(N03)2.6H20(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2.6H20(含钴离子0.08mol)和33.0g尿素加入到10ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
[0043](2)在溶液A中加入21ml十六烷基磺酸钠和0.037gKN03，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0044](3)将溶液B转移至反应釜中，在110°C下恒温反应20小时，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在63°C下恒温干燥，得到前驱体；
[0045](4)将前驱体在空气中经370°C恒温热处理3h(升温速率2°C/min)后，得到钴酸镍纳米材料。
[0046]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值1980F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1420F/g;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在90 %以上。
[0047]实施例5
[0048]本发明的超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法步骤如下:
[0049](lM#11.6gNi(N03)2.6H20(含镍离子0.04mol)、23.3g Co(NO3)2.6H20(含钴离子0.08mol)和28.0g尿素加入到10ml去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；
[0050](2)在溶液A中加入20ml十六烷基磺酸钠和0.036gKN03，超声使之混合均匀，得溶液B;
[0051](3)将溶液B转移至反应釜中，在120°C下恒温反应22小时，用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次，在65°C下恒温干燥，得到前驱体；
[0052](4)将前驱体在空气中经360°C恒温热处理3h(升温速率l°C/min)后，得到钴酸镍纳米材料。
[0053]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值2020F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1460F/g;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在91 %以上。
[0054]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法，其特征在于:步骤如下: (1)将Ni(NO3)2.6H20Xo(NO3)2.6H20和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A; (2)在溶液A中加入十六烷基磺酸钠和KNO3，超声使之混合均匀，得溶液B; (3)将溶液B转移至反应釜中，在100-130°C下恒温反应20-26小时，洗涤，烘干，得到前驱体； (4)将前驱体在空气中经360-390°C恒温热处理后，得到钴酸镍纳米材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(I)中所述Ni(NO3)2.6H20、Co(N03)2.6H20和尿素的摩尔比为1:2:(10-15)，镍离子在所述溶液A中的摩尔浓度为0.4mol/L。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述十六烷基磺酸钠的加入量为步骤(I)中去离子水体积的I /6-1 /4，所述KNO3在溶液B中的摩尔浓度为0.003mo I /L。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(2)中所述洗涤是用去离子水和无水乙醇分别洗涤3次。5.应用权利要求1-4任一所述的方法制备得到的钴酸镍纳米材料。6.权利要求5所述的钴酸镍纳米材料在制备超级电容器电极中的应用。
【专利摘要】本发明提供一种超级电容器用钴酸镍纳米材料的制备方法，步骤如下：(1)将硝酸镍、硝酸钴和尿素加入到去离子水中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；(2)在溶液A中加入十六烷基磺酸钠和微量KNO3，超声使之混合均匀，得溶液B；(3)将溶液B转移至反应釜中，进行恒温溶剂热反应，洗涤，烘干，得到前驱体；(4)将前驱体在空气中经360-390℃恒温热处理后，得到钴酸镍纳米材料。本发明的钴酸镍纳米材料纯度高、比表面积大(68m2/g)；在充放电测试中，电流密度为1A/g时，比容量值达到了比较高的值2080F/g，经过3500次充放电测试之后比容量仍保持了93％以上，能够作为超级电容器电极材料使用。
【IPC分类】B82Y40/00, H01G11/46, C01G53/00
【公开号】CN105460983
【申请号】CN201510829410
【发明人】林展, 刘培杨, 高学会, 李高然, 许阳阳, 李全国
【申请人】青岛能迅新能源科技有限公司, 林展
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月24日