一种超级电容器高效电极材料及其制备方法

本发明涉及超级电容器，具体涉及一种超级电容器高效电极材料及其制备方法。

背景技术：

1、超级电容器具有制备简单、成本低、充放电速度快、功率密度高、循环寿命长等不可替代的优点。电极材料作为超级电容器存储能量的核心，已经变得非常重要。

2、尖晶石镍钴酸盐(nico2o4)因其成本低、资源丰富、环保等优点在超级电容器领域备受关注。到目前为止，研究者已经制备和研究了各种形式的具有良好储能性的nico2o4。赝电容电极材料充放电的关键是可逆氧化还原反应，而可逆氧化还原反应与电极活性材料中过渡金属的种类密切相关。目前对ni和co元素影响成相、形貌、电化学性能的内在机理问题研究较少。

3、申请号为201110020708.x的中国发明专利公开了一种镍钴复合氧化物及其掺杂氧化物，所述镍钴复合氧化物的分子式可用通式nixco3-xo4±z表示，其中1.8≤x≤2.7，0≤z≤0.5。本申请通过研究nixco3-xo4系列材料的物相及电化学性能，发现ni和co含量对形貌及性能具有重要的影响，但是上述专利的ni和co含量并非最优，其作为超级电容器高效电极材料还有待改进。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器高效电极材料及其制备方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，提供一种超级电容器高效电极材料，其分子式可用通式nixco3-xo4表示，其中x＝0.5-1.75。

4、第二方面，提供一种超级电容器高效电极材料的制备方法，其包括以下步骤：

5、步骤1、在去离子水中加入x mmol的nicl2·6h2o，x＝0.5-1.75，以及3-xmmol的co(no3)2·6h2o，得到混合溶液；

6、步骤2、将混合溶液搅拌直到溶液呈玫瑰色，获得均匀的前驱体溶液；

7、步骤3、将该前体液体置于反应器中，在120-160℃下保存8-16小时，自然冷却至室温，收集产物；

8、步骤4、将产物在60-80℃下干燥8-16小时，在空气条件下以2-8℃/min的加热速率升温至300-500℃，保温，得到nixco3-xo4样品。

9、进一步地，步骤1中，添加尿素及nh4f作为表面活性剂。

10、第三方面，提供一种超级电容器电极，其采用上述电极材料或上述制备方法制备得到的电极材料制成。

11、进一步地，将上述电极材料、炭黑和pvdf混合，加入nmp搅拌至糊状，将其涂在泡沫镍上制成。

12、进一步地，电极材料、炭黑和pvdf质量比为8:1:1。

13、本发明的有益效果为：

14、采用水热法煅烧合成了一系列nixco3-xo4样品，并研究了不同镍钴比样品的形貌和电化学性能。在这些nixco3-xo4电极材料中，ni1.5co1.5o4样品的电化学性能最好，其比电容为311.45f·g-1，循环3000次后容量保持率为81.9％。第一性原理计算用于分析材料的原子相互作用。结果表明，ni1.5co1.5o4是一种很有前途的超级电容器电极材料。

技术特征：

1.一种超级电容器高效电极材料，其特征在于，其分子式可用通式nixco3-xo4表示，其中x＝0.5-1.75。

2.一种超级电容器高效电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，添加尿素及nh4f作为表面活性剂。

4.一种超级电容器电极，其特征在于，采用权利要求1所述的电极材料或权利要求2-3任一所述的制备方法制备得到的电极材料制成。

5.根据权利要求4所述的超级电容器电极，其特征在于，将所述电极材料、炭黑和pvdf混合，加入nmp搅拌至糊状，将其涂在泡沫镍上制成。

6.根据权利要求5所述的超级电容器电极，其特征在于，电极材料、炭黑和pvdf质量比为8:1:1。

技术总结
本发明公开了一种超级电容器高效电极材料及其制备方法，该电极材料的分子式可用通式Ni<subgt;x</subgt;Co<subgt;3‑x</subgt;O<subgt;4</subgt;表示，其中x＝0.5‑1.75。本发明采用水热法煅烧合成了一系列Ni<subgt;x</subgt;Co<subgt;3‑x</subgt;O<subgt;4</subgt;样品，并研究了不同镍钴比样品的形貌和电化学性能。在这些Ni<subgt;x</subgt;Co<subgt;3‑x</subgt;O<subgt;4</subgt;电极材料中，Ni<subgt;1.5</subgt;Co<subgt;1.5</subgt;O<subgt;4</subgt;样品的电化学性能最好，其比电容为311.45F·g<supgt;‑1</supgt;，循环3000次后容量保持率为81.9％。第一性原理计算用于分析材料的原子相互作用。结果表明，Ni<subgt;1.5</subgt;Co<subgt;1.5</subgt;O<subgt;4</subgt;是一种很有前途的超级电容器电极材料。

技术研发人员：张玉洁,骆王婷,王啸乾,孟凡斌,郁超
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17