一种活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料及其制备方法与流程

本发明涉及材料和电化学领域，具体是一种活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料及其制备方法。
背景技术：
：超级电容器作为一种新型的储能装置，因其无可替代的优越性广泛应用于照明、电子、电力、通信、汽车等领域。超级电容器由于其循环性能好寿、充电快、功率性能好、使用成本低等众多优点，使其在作为新型移动电源以及电动汽车电源方面具有巨大潜力，有望逐步取代锂电池。但相比锂电池，超级电容器的能量密度低，仅为锂电池的十分之一。因此，如何提高超级电容器的能量密度一直是研究的热点。超级电容器的能量密度取决于电极材料和电解液的性能，而电极材料更为关键，其储存电荷的能力既与材料的化学种类有关，也与材料的物理形态结构有关。超级电容器有两种储能机理：电极表面的双电层储能机理和法拉第反应的准电容储能机理。电极材料的比表面越大，双电层电容越高。法拉第赝电容产生的能量密度远远高于双电层，但是由于法拉第电容的负极材料一般是过渡金属氧化物，由于其导电性差应用一直受到制约。因此大多数超级电容器的负极材料以高比表面积的活性炭材料做负极。目前主要从改进提高电极材料的比表面和调节电极材料的中孔/微孔比例来提高能量密度，或者将双电层原理与法拉第赝电容原理结合来提高能量密度。中国专利CN102101668A公开了一种活性炭电极制备方法，可以制备的活性炭的比表面积高达2523m2/g，中孔率达58.5％。专利CN103114434A公开了将几种纳米金属氧化物掺杂聚合物修饰活性炭纤维电极，这些方法都使电极比电容得到了显著提高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种具有蓬松的结构、比表面积大的活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料及其制备方法，以解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料，钴酸镍纳米线呈蓬松结构包覆在 活性炭表面，形成核壳结构。所述活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料的制备方法，包括以下几个步骤：(1)将活性炭用稀盐酸清洗后用去离子水洗净，干燥后备用；(2)将可溶性镍盐和可溶性钴盐按照Ni2+/Co2+摩尔比为1:2的比例溶于去离子水中，配成混合金属盐溶液；(3)将活性炭置于混合金属盐溶液中，加入草酸，搅拌均匀后加入氨水调节pH值为7.5-8.6，得到前驱体溶液；(4)将步骤(3)的前驱体溶液转入水热反应釜中，在30-200℃下反应1-50小时，得到反应物；(5)将步骤(4)中的反应物过滤后用去离子水和无水酒精洗净且在干燥箱中干燥，得到干燥物；(6)将步骤(5)的干燥物在250-500℃下煅烧1-20小时，即得活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料。作为本发明进一步的方案：所述可溶性镍盐采用六水氯化镍、七水硫酸镍、六水硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种；所述可溶性钴盐采用氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、六水氯化钴、七水硫酸钴、六水硝酸钴中的一种。作为本发明进一步的方案：所述混合金属盐溶液是重量溶解度为0.01-25％的钴镍离子混合溶液。作为本发明进一步的方案：在煅烧过程中，Ni2+与Co2+在空气氛围下生成钴酸镍纳米线，钴酸镍纳米线包覆在活性炭表面，且钴酸镍纳米线的含量为活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料质量的1％-50％。作为本发明进一步的方案：活性炭的比表面积在20m2/g-5000m2/g，活性炭的粒径在1μm-1000μm之间。作为本发明进一步的方案：活性炭包括化学活化活性炭、物理活化活性炭、分子模板活性炭。作为本发明进一步的方案：活性炭包括石油焦系活性炭、酚醛树脂系活性炭、环氧树脂系活性炭。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的复合电极材料具有蓬松的结构，比表面积大，与电解液接充分，电 解液离子迁移路径短的特点，用于超级电容器领域。附图说明图1是活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料的结构示意图；图2是活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料的扫描后的表面形貌图。图中：1-活性炭、2-钴酸镍纳米线。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1步骤(1)，称取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20与CoCl2·6H2O的摩尔比为1:2。将NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去离子水中,搅拌均匀后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金属盐溶液,Ni2+和Co2+总的溶度为0.15mol/L。步骤(2)，称取87g活性炭1用稀盐酸清洗后用去离子水洗净，干燥后加入步骤(1)配制的混合金属盐溶液中，磁力搅拌0.1-2小时。步骤(3)，称取0.18mol的草酸加入步骤(2)混合液中，超声搅拌2-5小时，加入氨水调节pH值，保持pH值为8.2。步骤(4)，将步骤(3)的混合液移到水热反应釜中，在100℃的温度下水热反应12小时后过滤出反应物。步骤(5)，将步骤(4)中的反应物过滤后用清水和无水酒精洗尽后烘干即得干燥物。步骤(6)，将步骤(5)的干燥物在450℃下煅烧5小时，即得活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料，在煅烧过程中Ni2+、Co2+形成钴酸镍纳米线2。实施例2步骤(1)称取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20与CoCl2·6H2O的摩尔比为1:2。将NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去离子水中,搅拌均匀后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金属盐溶液,Ni2+和Co2+总的溶度为 0.15mol/L。步骤(2)称取87g活性炭1用稀盐酸清洗后用去离子水洗净，干燥后加入步骤(1)配制的混合金属盐溶液中，磁力搅拌0.1-2小时。步骤(3)称取0.18mol的草酸加入步骤(2)混合液中，超声搅拌2-5小时，加入氨水调节pH值，保持pH值为8.0。步骤(4)，将步骤(3)的混合液移到水热反应釜中，在100℃的温度下水热反应12小时后过滤出反应物。步骤(5)，将步骤(4)中的反应物过滤后用清水和无水酒精洗尽后烘干即得干燥物。步骤(6)，将步骤(5)的干燥物在450℃下煅烧5小时，即得活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料，在煅烧过程中Ni2+、Co2+形成钴酸镍纳米线2。实施例3步骤(1)称取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20与CoCl2·6H2O的摩尔比为1:2。将NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去离子水中,搅拌均匀后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金属盐溶液,Ni2+和Co2+总的溶度为0.15mol/L。步骤(2)称取87g活性炭1用稀盐酸清洗后用去离子水洗净，干燥后加入步骤(1)配制的混合金属盐溶液中，磁力搅拌0.1-2小时。步骤(3)称取0.18mol的草酸加入步骤(2)混合液中，超声搅拌2-5小时，加入氨水调节pH值，保持pH值为7.0。步骤(4)，将步骤(3)的混合液移到水热反应釜中，在100℃的温度下水热反应12小时后过滤出反应物。步骤(5)，将步骤(4)中的反应物过滤后用清水和无水酒精洗尽后烘干即得干燥物。步骤(6)，将步骤(5)的干燥物在450℃下煅烧5小时，即得活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料，在煅烧过程中Ni2+、Co2+形成钴酸镍纳米线2。本发明采用的测试体系为对称型的超级电容。由电极、电解液、隔膜、电极四部分组成。电极由集流体与涂布于集流体上的混合材料组成，电极混合材料由 85-96wt％的活性炭/钴酸镍纳米线复合电极材料、3-10wt％的导电剂和2-8wt％的粘结剂组成。导电剂采用电导率大于1000s/m的高导电性石墨粉、炭黑、碳纳米管和碳纳米纤维中的一种以上。粘结剂采用聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯PVDF、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素和丁苯橡胶中的一种以上。水系电解液由体积浓度为5-30％的KOH电解液10mL、体积浓度为5-30％的H2SO4电解液10mL、含有碱金属离子的中性水溶液10mL和三氟甲基磺酰亚胺盐(0＜三氟甲基磺酰亚胺盐≤100g)配制而成，三种溶液的体积比例为1∶1∶1。隔膜采用亲水性多孔隔膜或绝缘多孔隔膜：聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯与聚丙烯复合多孔膜或维尼纶无纺布中的一种或多种。集流体采用具有多空网状金属材料和金属合金板栅的泡沫镍、铜网中的一种。超级电容器的组装：将质量相近的两片电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加一定量的电解液润湿电极即可，封装至扣式电池壳内得到本发明的对称型超级电容器。将此电容器正负极短路1h。将制得的超级电容器在超级电容器容量测试仪上测试容量。比表面积测试：比表面积测定仪NOVA2000。实施例1-3的检测数据，数据列在表1中。表1实施例比表面积(cm2/g)比容量(F/g)循环2000次容量保持率(％)115796839821682726963144164398对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方 式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 2 3