一种热氧化法制备氧化镍超电容电极材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超电容电极材料制备领域，具体涉及热氧化法制备超电容电极材 料 氧化镇的方法。
【背景技术】
[0002] 超级电容器是一种新型的储能装置，具有比传统电容器更大的比能量、比锂电池 更大的比功率和循环寿命等优点，广泛应用于电动汽车、新能源发电、高功率武器装备等领 域。目前，超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物，其中，贱金属氧化 物（氧化镍、氧化锰等）因具有理论电容值大、成本低廉、环境友好等特点，正成为众多研宄 者关注的热点。
[0003] 目前，氧化镍主要通过湿化学法制备。公开号为CN102874884A的专利文献公 开了一种氧化镍超级电容器电极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将六水合硝酸镍 Ni(N03)2 ? 6H20和聚乙烯吡咯烷酮PVP溶解于甲醇和水中得到混合溶液；然后将上述混合 溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，在150_200°C水热条件下反应3-24h，冷却反应釜至室 温，离心洗涤所得产物并干燥；再将干燥后的样品煅烧，所得产物为多孔花状氧化镍电极材 料，测得其比电容值为800F/g。虽然该方法制得的氧化镍电极具有较高的比电容值，但制备 过程复杂、效率较低，需要在苛刻的条件下完成，产品性能也无法从专利文件中得知。因此， 迫切需要一种简单高效、低成本的制备超电容电极材料的方法。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种热氧化法制备氧化镍超电容 电极材料的方法，采用成本低廉、环境友好的热氧化法制备氧化镍，以具有三维网状结构的 泡沫镍为氧化对象，制备出了比电容值高达999F/g的氧化镍电极，且经过5000次充放电循 环后，比电容值保持率仍有79% (785F/g)，该制备方法简单、高效，制备成本低、环境污染 小，制得氧化镍电极材料具有优异的电容性能。
[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0006] 一种热氧化法制备氧化镍超电容电极材料的方法，包括如下步骤：
[0007] S1、对泡沫镍基体进行预处理，去除其表面的油脂和氧化物；
[0008] S2、将预处理过的泡沫镍基体置于无水乙醇中浸泡5-10min，取出后烘干，封存待 用；
[0009] S3、将步骤S2制得的待用泡沫镍基体于300-600°C氧化处理l_8h，得到氧化镍超 电容电极材料。
[0010] 氧化镍直接在泡沫镍基体上生成，热氧化温度和时间对生成的氧化镍形貌有直接 影响，氧化温度过低、时间过短，生成的氧化镍较少且不连续，使其作为电极材料工作时，活 性物质少，电容性能差；氧化温度过高、时间过长，生成的氧化镍层较厚，使其作为电极材料 工作时，离子传输受阻，降低其电容性能，而且氧化温度过高、时间过长会导致制备过程能 耗增加，制备效率降低。步骤S3的氧化温度为300-600°C，随氧化温度升高，氧化镍在泡 沫镍表面的分布由间断分布生长为连续均匀分布，且氧化镍层厚度逐渐增加；氧化时间为 l_8h，随氧化时间延长，氧化镍在泡沫镍表面的分布由间断分布生长为连续均匀分布，且氧 化镍层厚度逐渐增加。
[0011] 作为一种优选，前述泡沫基体具有三维网状结构，这样一来，氧化镍直接在泡沫镍 三维骨架上生成，提高了电极材料与电解液的接触面积和电极片电导率，使其电容性能更 加优异。
[0012] 具体地，预处理包括酸洗和碱洗，具体过程为：将泡沫镍基体浸于3mol/L的NaOH 溶液中，在超声清洗器中水浴40-50°C清洗10_20min，去除表面的油脂；再用去离子水冲洗 泡沫镍基体后将其浸于稀盐酸中，并在超声清洗器中水浴40-50°C清洗10_20min，去除表 面氧化物。
[0013] 优选地，前述步骤S3中，氧化气氛为空气，无需在特定的气氛中氧化，降低了制备 成本和设备要求。
[0014] 作为一种优选，步骤S3中，处理温度为500°C，处理时间为2h。
[0015] 本发明的有益之处在于：本发明的制备氧化镍超电容电极材料的方法，简单、高 效、制备成本低、环境污染小，制得的氧化镍电极材料具有优异的电容性能；氧化镍均匀 分布在泡沫镍表面，且氧化镍层表面存在大量氧化镍颗粒和裂纹，使其作为电极材料时具 有较大的活性面积，提高了离子在电极表面的传输速率，测得比电容值高达999F/g，经过 5000次充放电循环后，比电容值保持率仍有79% (785F/g)。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的实施例1制得的氧化镍电极的循环伏安曲线；
[0017] 图2是本发明的实施例1制得的氧化镍电极的循环稳定性曲线。
【具体实施方式】
[0018] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0019] 实施例1
[0020] 本实施例的热氧化法制备氧化镍超电容电极材料的方法，包括如下步骤：
[0021] S1、将泡沫镍基体浸于3mol/L的NaOH溶液中，在超声清洗器中水浴40-50°C清洗 10-20min，去除表面的油脂；再用去离子水冲洗泡沫镍基体后将其浸于稀盐酸中，并在超声 清洗器中水浴40-50°C清洗10_20min，去除表面氧化物；
[0022] S2、将预处理过的泡沫镍基体置于无水乙醇中浸泡5-10min，取出后快速烘干，封 存待用；
[0023]S3、将步骤S2制得的待用泡沫镍基体于空气气氛下500°C氧化处理2h，得到氧化 镍超电容电极材料。
[0024] 实施例2
[0025] 本实施例与实施例1步骤完全相同，区别之处在于步骤S3的工艺条件，具体为氧 化温度为300°C，氧化时间为8h。
[0026] 实施例3
[0027] 本实施例与实施例1步骤完全相同，区别之处在于步骤S3的工艺条件，具体为氧 化温度为400°C，氧化时间为lh。
[0028] 实施例4
[0029] 本实施例与实施例1步骤完全相同，区别之处在于步骤S3的工艺条件，具体为氧 化温度为600°C，氧化时间为2h。
[0030] 性能测试
[0031] 将实施例1-4制得的泡沫镍基氧化镍作为正极配装成三电极体系，对电极为 2cmX2cm铂片，参比电极为Hg/HgO电极，电解质溶液为2mol/L的KOH溶液，利用电化学工 作站测试其循环伏安曲线及比电容值，扫描速率为50mV/s，电压窗口为0-0. 5V，测试实施 例1制得的氧化镍电极的循环伏安曲线如图1，实施例1-4比电容值测试结果如表1。
[0032] 将实施例1制得的氧化镍正极片配装成二电极体系，测试其循环寿命，对电极为 石墨片，隔膜为聚丙烯多孔薄膜，电解质溶液、电压窗口同循环伏安测试，电流密度为10A/ g，循环次数为5000次，循环寿命曲线如图2。
[0033]
【主权项】
1. 一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤： 51、 对泡沫镶基体进行预处理，去除其表面的油脂和氧化物； 52、 将预处理过的泡沫镶基体置于无水己醇中浸泡5-lOmin，取出后烘干，封存待用； 53、 将步骤S2制得的待用泡沫镶基体于300-600°C氧化处理1-她，得到氧化镶超电容 电极材料。
2. 根据权利要求1所述的一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法，其特征在 于，所述泡沫基体具有=维网状结构。
3. 根据权利要求1所述的一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法，其特征在 于，所述步骤S1中，预处理包括酸洗和碱洗。
4. 根据权利要求3所述的一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法，其特征在 于，预处理的具体过程为；将泡沫镶基体浸于3mol/L的化0H溶液中，在超声清洗器中水浴 40-50°C清洗10-20min，去除表面的油脂；再用去离子水冲洗泡沫镶基体后将其浸于稀盐 酸中，并在超声清洗器中水浴40-50°C清洗10-20min，去除表面氧化物。
5. 根据权利要求1所述的一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法，其特征在 于，所述步骤S3中，氧化气氛为空气。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的一种热氧化法制备氧化镶超电容电极材料的方法， 其特征在于，步骤S3中，处理温度为500°C，处理时间为化。
【专利摘要】本发明公开了一种热氧化法制备氧化镍超电容电极材料的方法，简单、高效、制备成本低、环境污染小，制得的氧化镍电极材料具有优异的电容性能；氧化镍均匀分布在泡沫镍表面，且氧化镍层表面存在大量氧化镍颗粒和裂纹，使其作为电极材料时具有较大的活性面积，提高了离子在电极表面的传输速率，测得比电容值高达999F/g，经过5000次充放电循环后，比电容值保持率仍有79％(785F/g)。
【IPC分类】H01G11-46, C01G53-04
【公开号】CN104538205
【申请号】CN201410730264
【发明人】戴玉明, 朱帅帅, 王章忠, 杭祖圣, 曹进峰, 黄响, 王超, 赵静涛
【申请人】南京工程学院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日