一种超级电容器电极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种超级电容器电极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钴酸镍(NiCo204)是一种尖晶石相结构的ΑΒ204型复合氧化物，其在晶体结构中，镍离子占据八面体位置，钴离子既占有八面体位置又占据四面体位置。相比于单一的氧化镍和四氧化三钴，钴酸镍本身具有较好的导电性。除此之外，钴酸镍具有较高的电化学性能，生产成本低，原料充足和环境友好等优点，吸引了研究学者的普遍关注，在德国的《德国应用化学》杂志(2015年，54卷1868页)有过报道。目前，已有文献报道制备钴酸镍的方法有:高温固相法、溶胶-凝胶法、机械化学合成法、液相化学沉淀法等，但此类方法制备的钴酸镍颗粒分布不均匀，分散性不好，产量低，并且制作方法较为繁琐复杂。目前，制备使用比较普遍的方法是水(溶剂)热法，因其具有工艺简单易行、能量消耗相对较小、且产物易于控制、反应时间较短等优点。在美国的《纳米快报》杂志(2013年，13卷3135页)和德国的《先进材料》杂志(2013年，25卷976页)有过报道，专利CN201210222916.2也公开了钴酸镍的合成方法。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种超级电容器电极材料的制备方法，应用该方法制备得到的超级电容器电极材料纯度高、比表面积大，比容量达到1980F/g。
[0004]本发明提供一种超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下:
[0005](1)将Ni (Ν03)2.6Η20和Co (Ν03)2.6Η20溶解在甲醇、四氢呋喃和水的混合溶剂中，再向其中加入尿素和柠檬酸使其完全溶解，得到混合溶液；所述甲醇、四氢呋喃和水的体积比为4:1:5 ；
[0006](2)将得到的混合溶液在反应釜中恒温反应一段时间，搅拌速度为80-100r/min，搅拌过程是用非磁子搅拌；然后洗涤，烘干，得到前驱体；
[0007](3)将前驱体在空气中经310_350°C恒温热处理后，得到超级电容器电极材料。
[0008]本申请人经试验发现，当同时加入甲醇、四氢呋喃和水作为溶剂，以尿素为沉淀剂，加入微量柠檬酸时，能够制备得到一种比表面积和比容量大的钴酸镍纳米材料，比容量达到1870-1980F/g。当加入微量柠檬酸时，相对于不加柠檬酸，制备得到的钴酸镍纳米材料比容量提高50%以上，申请人推测柠檬酸在此起到了助剂的作用。当采用非磁子搅拌时，相对于采用磁子搅拌，比容量提高20%以上。
[0009]作为优选，所述混合溶液中镍原子与钴原子的物质的量比为0.97-1.04:2。镍离子与钴离子的摩尔比为1:2时，钴镍原子正好全部形成NiCo204，但不排除工艺条件限制使钴镍原子损失，此时可以适当调整两者配比，但是需要使其在0.97-1.04:2之间。
[0010]作为优选，步骤(1)中所述Ni (N03)2.6H20、Co (N03)2.6H20、尿素和柠檬酸的摩尔比为1:2: (10-15):0.01，镍离子在所述混合溶液中的摩尔浓度为0.25mol/L0
[0011]镍离子和钴离子浓度的大小也会影响最终产品的性能，经实验，当镍离子在混合溶液中的摩尔浓度为0.25mol/L时，得到的产品的比表面积和比容量值最大。
[0012]作为优选，步骤(2)中混合溶液在反应釜中恒温反应的温度为100_120°C，反应时间为15-22小时。
[0013]作为优选，步骤(2)中所述洗涤是先用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次。
[0014]作为优选，步骤(2)中所述烘干是在65-72°C下真空恒温干燥10_15h。
[0015]本申请还提供一种应用上述任一所述的方法制备得到的超级电容器电极材料，所述超级电容器电极材料为钴酸镍纳米材料。
[0016]本申请的第三个目的是提供上述钴酸镍纳米材料在制备超级电容器电极中的应用。
[0017]本发明以Ni(N03)2.6Η20和Co(N03)2.6Η20为反应原料，以甲醇、四氢呋喃和水为混合溶剂，以尿素为沉淀剂，通过溶剂热法制备得到前驱体后，进而制备得到一种超级电容器电极材料，具体为NiCo204纳米材料，纯度高、比表面积大(68m 2/g)，比容量高，制备方法简单、产品成本低、适合大规模生产，对于NiCo204的进一步开发、应用起到一定的推动作用。
[0018]本发明的超级电容器电极材料在充放电测试中，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值1980F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1320F/g ;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在92 %以上，能够作为一种良好的超级电容器电极材料使用。
【附图说明】
[0019]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0020]图1是实施例1中制备的超级电容器电极材料的X-射线衍射图，其中:横坐标是衍射角度(2 Θ )，纵坐标是相对衍射强度。
【具体实施方式】
[0021]以下的实施例仅为本发明的较优实施例，不应理解为对本发明的限定。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。实验中所用原料:Ni (Ν03)2.6H20和Co (N03)2.6H20均为分析纯。
[0022]实施例1
[0023]本发明的超级电容器电极材料的制备方法步骤如下:
[0024](1)将 2.9gNi (Ν03)2.6H20(含镍离子 0.0lmol)和 5.8g Co (N03) 2.6H20(含钴离子0.02mol)溶解在甲醇、四氢呋喃和水的混合溶剂中，甲醇的体积为16ml，四氢呋喃的体积为4ml，去离子水的体积为20ml，再向其中加入6.0g尿素和0.019g柠檬酸使其完全溶解，得到混合溶液；
[0025](2)将得到的混合溶液转移至反应釜中，加热至100°C恒温反应19h，搅拌速度为90r/min,搅拌过程是用非磁子搅拌；待反应结束后将前驱体溶液冷却至室温，将所得产物先用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，并在70°C条件下真空恒温干燥13h，得到前驱体；
[0026](3)将所得前驱体置于管式炉中在空气中经310°C恒温热处理2h后，得到钴酸镍纳米材料。热处理的升温速度为l°c /分钟。
[0027]将上述制备的钴酸镍纳米材料进行充放电实验，电流密度为lA/g时，比容量值达到了比较高的值1980F/g，电流密度为0.5A/g时，比容量值为1320F/g ;经过3500次充放电测试之后比容量仍保持在92%以上。
[0028]实施例2
[0029]本发明的超级电容器电极材料的制备方法步骤如下:
[0030](1)将 2.9gNi (Ν03