一种掺杂型超级电容器电极材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种掺杂型超级电容器电极材料，采用简单的水热法首次合成锌掺杂的镍基金属有机框架材料，并首次将其应用到超级电容器中。本发明通过控制反应物的浓度、溶液混溶方式、反应的时间和温度等工艺参数成功合成了锌掺杂的超级电容器电极材料，表现出高容量、大倍率、长循环等优良特性。
【专利说明】一种掺杂型超级电容器电极材料
【技术领域】
[0001] 本发明属于超级电容器领域，具体涉及一种掺杂型超级电容器电极材料。
【背景技术】
[0002] 近年来，超级电容器以其较高的功率密、快速的充放电能力、稳定的循环寿命及绿 色环保等优点而被广泛研究。超级电容器按其储能机理可以分为两大类，双电层电容和赝 电容，前者是在电极溶液界面通过电子或离子的定向排列造成电荷的对峙所产生的，后者 是在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度的 化学吸脱附或氧化还原反应，从而产生了与电极充电电位有关的电容。传统的超级电容器 电极材料可以分为三大类，碳材料、金属有机物和导电聚合物。其中碳材料虽循环性能较 好，但能量密度较低。而金属有机物和导电聚合物随能量密度较大，但循环性能和功率密度 欠佳。随着时代的发展，大规模电力的应用对传统的超级电容器提出了更高的需求，研究和 开发更高能量密度、更大充放倍率、更长循环寿命的超级电容器已然成为一种发展的趋势。 为了满足这种需求，新型电极材料的研究也势在必然。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种掺杂型超级电容器电极材料，通过控制反应物的浓 度、溶液混溶方式、反应的时间和温度等首次成功合成该材料，并将该材料首次用于超级电 容器中，表现出高容量、大倍率、长循环等优良特性。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种掺杂型超级电容器电极材料为锌掺杂的镍基金属有机框架材料。
[0005] 采用简单的水热法合成锌掺杂的镍基金属有机框架材料。
[0006] 包括以下步骤： (1) 将对苯二甲酸，六水硝酸镍和氯化锌溶于DMF中，得到澄清溶液； (2) 在步骤（1)的溶液中加入氢氧化钠溶液； (3) 步骤（2)所得溶液经水热反应、离心、洗涤、烘干。
[0007] 步骤（1)的溶液中对苯二甲酸、六水硝酸镍、氯化锌的浓度分别为0. 05、0. 02、0. 02 mol/L〇
[0008] 步骤（2)中氢氧化钠溶液的浓度为0. 4 mol/L ;加入氢氧化钠溶液所用的时间为2 min〇
[0009] 步骤（3)中水热反应温度为90-1KTC，反应时间为6-10 h。
[0010] 步骤（3)中洗涤用的溶剂为DMF和乙醇，各洗三次，烘干温度为70°C。
[0011] 所述的锌掺杂的镍基金属有机框架材料用于制备超级电容器电极材料。
[0012] 本发明的显著优点在于：本发明使用的水热方法简单有效，便于大规模应用。通过 控制反应物的浓度、溶液混溶方式、反应的时间和温度等可成功合成锌掺杂的镍基金属有 机框架材料。同时采用该材料作为超级电容器的电极时，能够表现出高容量、大倍率、长循 环的优良特性，质量比容量最高可达1620 F · g_\倍率性能优良，循环3000圈后，容量保持 率仍在91%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为锌掺杂的镍基M0F材料的X射线衍射图。图中a为镍基M0F材料的标准 XRD图谱，b-e分别为Zn/Ni比例为0,0. 17,0. 26,0. 42的镍基M0F材料的XRD图谱。
[0014] 图2为不同电流密度下，锌掺杂的镍基M0F电极的充放电曲线。
[0015] 图3为电流密度为2A · g4时，锌掺杂的镍基M0F电极的循环性能。
【具体实施方式】
[0016] 本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实 施例。
[0017] 实施例1 1) 将0. 166g对苯二甲酸，0. 096g六水硝酸镍和0. 0228g ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 将1. 6g氢氧化钠溶于100 ml H20中； 3) 将2ml步骤2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步骤1)所述的溶液中； 4) 将步骤3)所述的溶液投入反应釜中，100°C反应8 h ; 5) 将步骤4)所得的产物分别用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到样品； 6) 将这种锌掺杂的镍基金属有机框架材料经过湿法和浆，滚压成膜，烘干成型等步骤 做成超级电容器电极。
[0018] 本实施例制得的锌掺杂的镍基金属有机框架电极其最大比容量可达1620 F · f1， 循环3000圈后，容量保持率为91%。
[0019] 实施例2 1) 将0. 166g对苯二甲酸，0. 096g六水硝酸镍和0. 0456 ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 将1. 6g氢氧化钠溶于100 ml H20中； 3) 将2ml步骤2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步骤1)所述的溶液中； 4) 将步骤3)所述的溶液投入反应釜中，100°C反应8 h ; 5) 将步骤4)所得的产物分别用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到样品； 6) 将这种锌掺杂的镍基金属有机框架材料经过湿法和浆，滚压成膜，烘干成型等步骤 做成超级电容器电极。
[0020] 本实施例制得的锌掺杂的镍基金属有机框架电极其最大比容量可达1630 F · f1， 循环3000圈后，容量保持率为91. 2%。
[0021] 实施例3 1) 将0. 166g对苯二甲酸，0. 096g六水硝酸镍和0. 0912g ZnCl2溶于20 ml DMF中； 2) 将1. 6g氢氧化钠溶于100 ml H20中； 3) 将2ml步骤2)所述的溶液以lml/min的速度逐滴加入到步骤1)所述的溶液中； 4) 将步骤3)所述的溶液投入反应釜中，100°C反应8 h ; 5) 将步骤4)所得的产物分别用DMF和乙醇各洗三次，70°C下烘24 h，得到样品； 6) 将这种锌掺杂的镍基金属有机框架材料经过湿法和浆，滚压成膜，烘干成型等步骤 做成超级电容器电极。
[0022] 本实施例制得的锌掺杂的镍基金属有机框架电极其最大比容量可达1615 F · g_S 循环3000圈后，容量保持率为90. 3%。
[0023] 图1为锌掺杂的镍基M0F的X射线衍射图.从图中可以看出，本发明制得的材料 确为一种锌掺杂的镍基M0F材料。图2为不同电流密度下锌掺杂的镍基M0F电极的充放电 曲线。从图2中可以计算得到，锌掺杂的镍基M0F电极在0. 25 A · g4下，比容量可达1620 F · g_\当电流密度高达10 A · g4时，比容量仍有864 F · g4,表现出很高的比容量和大倍 率性能。图3为电流密度为2A*g4时，锌掺杂的镍基M0F电极的循环性能。从图中可以看 出，循环3000圈后，容量保持率仍在91%以上，表现出很好的循环稳定性。
[0024] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1. 一种掺杂型超级电容器电极材料，其特征在于：所述的电极材料为锌掺杂的镍基金 属有机框架材料。
2. -种制备如权利要求1所述的掺杂型超级电容器电极材料的方法，其特征在于：采 用简单的水热法合成锌掺杂的镍基金属有机框架材料。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 将对苯二甲酸，六水硝酸镍和氯化锌溶于DMF中，得到澄清溶液； (2) 在步骤（1)的溶液中加入氢氧化钠溶液； (3) 步骤（2)所得溶液经水热反应、离心、洗涤、烘干。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（1)的溶液中对苯二甲酸、六水硝酸 镍、氯化锌的浓度分别为〇· 05、0· 02、0· 02 mol/L。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（2)中氢氧化钠溶液的浓度为0. 4 mol/L ;加入氢氧化钠溶液所用的时间为2 min。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（3)中水热反应温度为90-1KTC，反 应时间为6-10 h。
7. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（3)中洗涤用的溶剂为DMF和乙醇， 各洗三次，烘干温度为70°C。
8. -种如权利要求1所述的掺杂型超级电容器电极材料的应用，其特征在于：所述的 锌掺杂的镍基金属有机框架材料用于制备超级电容器电极材料。
【文档编号】H01G11/30GK104157464SQ201410447609
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】魏明灯, 孙杨杰 申请人:福州大学