一种超级电容器电极材料NiCo₂O₄的制备方法

专利名称：一种超级电容器电极材料NiCo₂O₄的制备方法
技术领域：
本发明属于电极材料的制备领域，特别涉及一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法。
背景技术：
能源是人类生存与发展的物质基础，目前人类面临着严重的能源紧缺。随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益严重，研究一种高效、低成本、环境友好、高性能的能源转换和储存系统已经显得越来越重要。电化学电容器也称超级电容器，它是一种在性能上比传统电容器更优异的电容器，由于这种新型的能源器件所能储存的能量比传统物理电容器大一个数量级以上，同时又具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长等优点，被广泛应用于在汽车、电力、铁路、通讯、国防、消费型电子产等领域，从而引起了科研工作者的广泛关注。电化学电容器可以根据电荷储存机理分为二类:一类是电化学双电层电容器，该类电容器的电极材料主要是碳材料；另一类是法拉第赝电容器，该类电容器的电极材料主要是过渡金属氧化物。碳材料具有高比表面积、成本低、循环寿命长等优点，但是其比电容低严重限制了碳基电极材料的商业发展；过渡金属氧化物由于具有高的比电容和优异的循环可逆性，因此被认为是最理想的电极材料。钴酸镍(NiCo2O4)由于具导电性能好，低成本，可控的表面和结构性能，环境友好，最重要的是，NiCo2O4具有很高的理论比电容，这些优点使NiCo2O4成为一种最能满足实际应用的理想电极材料。到面前研究为止，已经制备了多种不同形貌和结构的NiCo2O4电极材料，但是所获得的比电容都比较小。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，该方法可以显著提高NiCo2O4电极材料的比电容和循环稳定性，同时可以简单，快速，大规模制备该材料而满足实际应用。本发明的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，包括:(1)将摩尔比为1:2:1-10的六水合硝酸镍Ni(NO3)2 6H20、六水合硝酸钴Co (NO3)2 6H20和尿素加入乙醇和水的混合溶液中，搅拌溶解，得到混合溶液；(2)上述混合溶液进行水热反应，反应温度为90-200°C，反应时间为3_48h，冷却至室温，离心得到NiCo2O4，然后洗涤、干燥、煅烧，即得超级电容器电极材料。所述步骤(I)中乙醇和水的混合溶液中，体积比为0-1: I。所述步骤(2)中水热反应在60mL水热反应釜中进行，反应釜填充度为80%。所述步骤(2)中洗涤为分别用去离子水和乙醇洗涤。所述步骤 (2)中煅烧温度为200-400°C，煅烧时间为20-500min。所述步骤(2)中超级电容器电极材料NiCo2O4是由单纳米粒子连接成线自组装成球结构。
有益效果(I)本发明的方法制备得到的NiCo2O4电极材料为单纳米粒子连接成线自组装成球结构，不仅具有较高比电容，同时具有良好的电化学稳定性，是一种优良的超级电容器电极材料；(2)本发明的NiCo2O4的制备方法简单、绿色环保、成本低，解决了 NiCo2O4在超级电容器产业中的大规模应用难的问题。


图1是实施例1制备的NiCo2O4电极材料低倍SEM图片；图2是实施例1制备的NiCo2O4电极材料高倍TEM图片；图3是实施例1制备的NiCo2O4电极材料电化学测试图片。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(I)称取原料六水合硝酸镍Ni (NO3)2 6H20、Co (NO3)2 6H20和尿素的摩尔比为1:2:1溶解于乙醇和水中，并搅拌，制得混合溶液；其中，所述乙醇与水的体积分别为15，35ml ；( 2 )将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持80 %填充度，将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，100°c条件下反应6小时，后冷却反应釜至室温。(3)离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉中在250°C煅烧120分钟；所得到的最终黑色样品为超级电容器NiCo2O4电极材料。实施例2(I)称取原料六水合硝酸镍Ni (NO3)2 6H20、Co (NO3)2 6H20和尿素的摩尔比为1:2:2溶解于乙醇和水中，并搅拌，制得混合溶液；其中，所述乙醇与水的体积分别为10，40ml ；(2)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持80%填充度，将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，150°C条件下反应24小时，后冷却反应釜至室温。(3)离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉中在300°C煅烧60分钟；所得到的最终黑色样品为超级电容器NiCo2O4电极材料。实施例3(I)称取原料六水合硝酸镍Ni (NO3) 2 6H20、Co (NO3)2 6H20和尿素的摩尔比为1:2:4溶解于乙醇和水中，并搅拌，制得混合溶液； 其中，所述乙醇与水的体积分别为5，45ml ；( 2 )将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，保持80 %填充度，将所述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，200°C条件下反应24小时，后冷却反应釜至室温。(3)离心所得到的产物，分别用去离子水和乙醇溶剂洗涤，并干燥；将干燥后的样品放入马弗炉中在350°C煅烧120分钟；所得到的最终黑色样品为超级电容器NiCo2O4电极材料。
权利要求
1.一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，包括: (1)将摩尔比为1:2:1-10的六水合硝酸镍Ni (NO3)2 6H20、六水合硝酸钴Co (NO3)2 6H20和尿素加入乙醇和水的混合溶液中，搅拌溶解，得到混合溶液； (2)上述混合溶液进行水热反应，反应温度为90-200°C，反应时间为3-48h，冷却至室温，离心得到NiCo2O4，然后洗涤、干燥、煅烧，即得超级电容器电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中乙醇和水的混合溶液中，体积比为0-1: I。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中水热反应在60mL水热反应釜中进行，反应釜填充度为80%。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中洗涤为分别用去离子水和乙醇洗涤。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中煅烧温度为200-400°C，煅烧时间为20-500min。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中超级电容器电极材料`NiCo2O4是由单纳米粒子连接成线自组装成球结构。
全文摘要
本发明涉及一种超级电容器电极材料NiCo2O4的制备方法，包括(1)将摩尔比为121-10的六水合硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O、六水合硝酸钴Co(NO3)2·6H2O和尿素加入乙醇和水的混合溶液中，搅拌溶解，得到混合溶液；(2)上述混合溶液进行水热反应，反应温度为90-200℃，反应时间为3-48h，冷却至室温，离心得到NiCo2O4，然后洗涤、干燥、煅烧，即得。本发明所得材料不仅具有较高比电容，同时具有良好的电化学稳定性，是一种优良的超级电容器电极材料；本发明制备方法简单、绿色环保、成本低。
文档编号H01G11/24GK103107025SQ20131005891
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者胡俊青, 邹儒佳, 徐开兵, 李文尧, 刘锡建, 王滕 申请人:东华大学