专利名称：一种纳米氧化镍电极材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明属于电化学和新能源材料领域，特别是提供了一种纳米氧化镍电极材料的制备方法及其作为超级电容器电极材料的应用。
背景技术：
近年来，随着电动汽车以及各种电子设备的发展，电化学电容器逐渐成为研究热点.与传统电容器相比，电化学电容器能量密度更高、工作温度范围更宽.同时，它又具有传统化学电源无法比拟的高功率密度、长循环寿命及优越的脉冲充放电性能。众所周知无定型水合氧化钌是高功率高能量密度超级电容器最有希望的电极材料，但价格昂贵资源匮乏，所用电解质污染环境，大大限制了它的商业开发。氧化镍等氧化物电极材料有着与水合氧化钌相似的功能，且价格便宜，很受研究人员的关注。尽管近年来已探索出多种合成纳米氧化镍的方法，但是依旧存在以下问题需要解决:(I)制备工艺复杂，流程长；(2)用溶胶-凝胶法获得的纳米NiO固体多采用大量有机溶剂，形成凝胶过程中溶剂挥发对人体有害，不环保。(3)模板法制备纳米NiO过程中，模板成本较高，不利于大规模生产。此外，大量研究表明，NiO的电化学性能与形貌、比表面积、孔隙结构等因素密切相关。通常具有高比表面积和发达孔隙结构的NiO材料所表现出的电化学性能更加优异。因此，如何使NiO制备过程工艺简单，流程缩短，采用的原材料对环境无害，成本低等显得至关重要。并且寻求一种新的制备方法，制得的NiO材料具有高比表面积、高孔隙率、使用寿命长、循环稳定性好、比电容高、电化学性能优异是实现现代化生产的重要关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于超级电容器的纳米氧化镍电极材料及其制备方法。本发明采用的技术方案是:一种纳米氧化镍电极材料，所述纳米氧化镍电极材料按以下方法制备得到:将木质素磺酸盐和镍源溶于水中，加入碱性物质得到反应液，加热至70-95°C (优选8(T90°C)温度下反应2-3小时，生成沉淀，将反应混合液离心后过滤，滤饼洗涤、烘干，再于300-600°C温度下煅烧3飞小时，以除去模板剂，，制得所述纳米氧化镍电极材料；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或两种以上的混合，优选硫酸镍或硝酸镍；所述镍源、木质素磺酸盐的质量比为1:0.6 1，所述碱性物质与水的质量用量比为20 40:100。所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种，优选木质素磺酸钠。所述碱性物质优选为质量百分浓度25%-28%的氨水、三乙醇胺、三乙胺、氢氧化钾、六次甲基四胺中的一种或两种以上的混合，优选为六次甲基四胺或三乙胺。 所述镍源优选为硝酸镍或硫酸镍。
所述水的体积用量通常以镍源的质量计为20 50mL/g，优选20 40mL/g。所述煅烧的温度优选为350 450°C。所述滤饼洗涤、烘干，通常用蒸馏水洗涤，在80°C温度下烘干12h_48h。本发明提供的纳米氧化镍电极材料可应用作为超级电容器电极材料。制备超级电容器电极的方法可采用本领域技术人员公知的各种方法。纳米氧化镍电极材料在制成电极前一般需要研磨处理。本发明的有益效果在于:纳米氧化镍制备方法简单，木质素磺酸盐作为模板剂原料廉价易得，没有高污染附加物产生。并且制备的纳米氧化镍材料具有高比表面积(图2，比表面积达到238m2 g4)，良好的循环(图3)和大电流充放电(图5)稳定性，高比电容(图4)等优点，非常适合用作超级电容器的电极材料。本发明利用环保廉价的生物模版木质素制备新型介孔氧化镍，具有高比表面积、高比电容、低成本等优点，应用前景广阔。
图1实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的TEM图。图2实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的氮气的脱附吸附图，其中左上角的小图为孔径分布图，从图中可看出平均孔径在5-20nm之间。图3实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的循环伏安曲线，图3中，曲线a、b、c分别是循环10次、500次、 1000次时的循环伏安曲线。图4实施例1和实施例2制得的纳米氧化镍电极材料比电容相对循环次数曲线图，图4中，曲线Na-NiO代表实施例1制得的纳米氧化镍电极材料，曲线Ca-NiO代表实施例2制得的纳米氧化镍电极材料；图5是实施例1制得的纳米氧化镍电极材料的恒流充放电图
具体实施例方式以下结合具体实施例来对本发明进行进一步的描述，但本发明的保护范围不限于此。实施例1样品制备:先将3g木质素磺酸钠和3g硫酸镍溶于IOOml去离子水中，搅拌混合完全后，再加入30g六次甲基四胺，加热搅拌到80°C，反应3小时，产生黄褐色沉淀。离心后过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，再放入真空干燥箱80°C温度烘干12h，得到黄褐色固体。将黄褐色固体送入马弗炉，在350°C，空气气氛下，煅烧3小时，冷却后制得纳米氧化镍电极材料lg。所得产物的TEM图如图1所示。经BET比表面积测试法测得，材料的比表面积为238m2 -g^1,平均孔径分布在5-20nm之间，如图2所示。电极制作:将制得的纳米氧化镍研磨成粉体，与导电剂乙炔黑、聚四氟乙烯PTFE(粘结剂)按质量比8:1:1的比例混合，均匀地涂在准确称量的泡沫镍上，干燥后烘干，在IOMP压力下压片，制成工作电极，以Ag/AgCl电极作参比电极，钼片用作辅助电极，和6mol/L的KOH溶液为电解液构成三电极体系，用来测试电化学性能。循环伏安曲线如图3所示，参数设定为:初始电位0V，终止电位0.7V，扫描速度为
0.02V/s，。图3中，曲线a、b、c分别是循环10次，500次和1000次时的循环伏安曲线。从图中可以看出曲线变化不大，说明循环稳定性好。
根据循环伏安测试得到的循环伏安曲线，由公式
权利要求
1.一种纳米氧化镍电极材料，其特征在于所述纳米氧化镍电极材料按以下方法制备得到:将木质素磺酸盐和镍源溶于水中，加入碱性物质得到反应液，加热至70-95°C温度下反应2-3小时，生成沉淀，将反应混合液离心后过滤，滤饼洗涤、烘干，再于300-600°C温度下煅烧3飞小时，制得所述纳米氧化镍电极材料；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或两种以上的混合；所述镍源、木质素磺酸盐的质量比为1:0.6 1，所述碱性物质与水的质量用量比为20 40:100。
2.如权利要求1所述的纳米氧化镍电极材料，其特征在于所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸钙中的一种或两种。
3.如权利要求1所述的纳米氧化镍电极材料，其特征在于所述碱性物质为质量百分浓度25 28%的氨水、三乙醇胺、三乙胺、氢氧化钾、六次甲基四胺中的一种或两种以上的混入口 o
4.如权利要求3所述的纳米氧化镍电极材料，其特征在于所述碱性物质为六次甲基四胺或二乙胺。
5.如权利要求1所述的纳米氧化镍电极材料，其特征在于所述水的体积用量以镍源的质量计为2(T50mL/g。
6.如权利要求1所述的纳米氧化镍电极材料作为超级电容器电极材料的应用。
全文摘要
本发明公开了一种纳米氧化镍电极材料，以木质素磺酸盐为模板，在溶液状态下引入镍离子，复合反应后使其沉淀分离，再去除模版，最后得到纳米氧化镍电极材料。本发明的有益效果是该方法所需的模版剂环保廉价且易得，制备方法简单。制成的纳米氧化镍材料具有高比表面积，良好的循环和大电流充放电稳定性，高比电容等优点，非常适合用作超级电容器的电极材料。
文档编号H01G11/24GK103151182SQ20131004961
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月7日 优先权日2013年2月7日
发明者陈枫, 姚宏斐, 杨晋涛, 钟明强 申请人:浙江工业大学