专利名称：：纳米氧化镍/碳复合材料及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种纳米氧化镍/碳复合材料及其制备方法和用途，属于纳米复合材料
技术领域：
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背景技术：
：超级电容器是一种介于物理电容和蓄电池之间的新型储能器件，具有比传统电容器高得多的能量密度和比蓄电池大得多的功率密度，集长寿命、高功率密度、宽使用温度范围、充电速度快等特性于一身。超级电容器的这些优良特性使其在交通、无线电通信、军事、清洁能源系统等领域中有着极其广泛的应用。氧化镍因具有比容量高、使用温度范围宽、成本低等特点，在用于超级电容器的电极材料上倍受瞩目。中国专利CN1037957C公开了以镍盐、碳酸氢铵或碳酸铵为原料，经过液相反应后在400100(TC下煅烧制备氧化镍的方法。该方法可以制得平均粒径为5150mn高纯度的球形氧化镍产品，但该种氧化镍产品本身容易团聚，在超级电容器组装过程中很难和导电剂混合均匀，因此并不适合作为超级电容器电极材料使用。美国专利US7，066,976报道了采用电催化方法制备纳米氧化镍的方法，产品的粒径为2040rnn，但是该制备过程中将会产生大量废液和有害物质，对产品的处理要求高，因此生产成本高，不适合大规模生产。中国专利CN1887728A报道了一种电化学电容器用氧化镍的制备方法。该方法通过加入表面活性剂来分散纳米颗粒以获得高比表面的氧化镍电极材料。但中间产品氢氧化镍必须经反复洗涤以去除多余的表面活性剂，工艺过程繁琐。电极制备过程中又同样面临镍氧化物和导电剂如何匹配和混合的问题。中国专利CN100416722C公开了一种以沉积含水镍氧化物的活性炭为正极活性材料的电化学电容器的制备方法。该方法负载的含水镍氧化物含量低，在活性炭上的沉积量仅在1.014.0mg/g,电极制备过程中也包含和导电剂混合的过程。从以上可知，现有制备氧化镍的方法普遍存在着后处理工艺繁琐、纳米粒子分散困难、导电剂难以混合均匀等问题。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于，提供一种纳米氧化镍/碳复合材料及其制备方法和纳米氧化镍/碳复合材料作为超级电容器的电极材料用途；这种纳米氧化镍/碳复合材料具有高比容量、大电流放电能力强的优点，且制备方法简单，易于操作。本发明纳米氧化镍/碳复合材料的技术方案为它是一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料，其中氧化镍的重量百分比含量为30%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%70%。具有附加技术特征的进一步技术方案为所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为50%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%50%。所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为30%，导电碳黑的重量百分比含量为70%。所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为90%,导电碳黑的重量百分比含量为10%。所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为50%，导电碳黑的重量百分比含量为50%。--种上述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，它是在超声波振动的条件下使可溶性镍盐与导电碳黑充分混合，然后在有机溶剂和水的混合溶剂体系中使镍盐与碳酸氢铵迅速反应，从而得到一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料，包括以下步骤(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比例，称取适量导电碳黑粉末加入到一定浓度的镍盐的水溶液当中，同时加入体积为上述溶液体积的一定比例的有机溶剂，将形成的悬浊液用超声波振动得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在一定温度下搅拌，随后即加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比和溶液的pH值；(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀物用水洗涤后干燥，最后将所得产物进行煅烧，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。具有附加技术特征的进一步技术方案为所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其所用镍盐为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、六水合硫酸镍中的至少一种。所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其所用的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或几种的混合。所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其具体包括以下步骤(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为10%50%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为0.01lmol/L的镍盐的水溶液当中，同时加入体积为上述溶液体积的10%400%的有机溶剂，将形成的悬浊液用超声频率为2050KHz的超声波振动得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为0.01lmol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在1535。C的温度下搅拌，随后加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比在l:27，溶液的pH值在79;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗涤，于5015(TC干燥后，将所得产物在25045(TC下煅烧，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。上述的纳米氧化镍/碳复合材料作为超级电容器的电极材料的应用。本发明与现有技术相比具有的突出的有益效果在于(1)氧化镍纳米粉体材料在合成过程中就已经和导电碳黑混合均匀，这样一方面在复合材料内部形成了畅通的导电网络，使其具有高导电性；另一方面碳材料的加入阻碍了相邻氧化镍晶粒间的碰撞和溶合过程，使氧化镍活性材料具有较好的分散性。(2)这种技术方案还省去了氧化镍电极制备过程中活性物质和导电剂的混合歩骤，使调浆过程大大简化，从而降低了生产成本。充放电测试的结果表明，纳米氧化镍/碳复合材料的比容量高、大电流放电能力强。具体实施例方式一种纳米氧化镍/碳复合材料，是一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的粉末状复合材料，其中氧化镍的重量百分比含量为30%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%70%。具体实施例如下实施例1:所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为50%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%50%。实施例2:所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为30%，导电碳黑的重量百分比含量为70%。实施例3:所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%。实施例4:所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其氧化镍的重量百分比含量为50%，导电碳黑的重量百分比含量为50%。一种上述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，它是在超声波振动的条件下使可溶性镍盐与导电碳黑充分混合，然后在有机溶剂和水的混合溶剂体系中使镍盐与碳酸氢铵迅速反应，从而得到一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料；纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的粉末状复合材料，其中氧化镍的重量百分比含量为30%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%70%。其具体步骤如下(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为10%50%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为0.01lmol/L的镍盐的水溶液当中，同时加入体积为上述溶液体积的10%400%的有机溶剂，将形成的悬浊液用超声频率为2050KHz，的超声波振动得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为0.01lmol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在1535。C的温度下搅拌，随后加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比在l:27，溶液的pH值在79;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗涤，于5015(TC干燥后，将所得产物在25045(TC下煅烧，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其所用镍盐为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、六水合硫酸镍中的至少一种。所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其所用的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或几种的混合。更进一步的具体实施例如下实施例5:氧化镍的重量百分比含量为30%的纳米氧化镍/碳复合材料的制备步骤如下(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为10%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为0.01mol/L的镍盐的水溶液当中，镍盐为六水合氯化镍；同时加入体积为上述溶液体积的10%的有机溶剂，有机溶剂为乙醇、丙醇混合；将形成的悬浊液用超声频率为20KHz，超声功率2W/cn^的超声波振动5分钟得到混合溶液A:(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为0.01mol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在15。C的温度下搅拌IO分钟，随后在30秒的时间内快速加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比在1:2,溶液的pH值为7;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗涤2次，于IOO'C干燥5小时后，将所得产物在25(TC下煅烧2小时，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。实施例6:氧化镍的重量百分比含量为75%的纳米氧化镍/碳复合材料的制备步骤如下(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为40%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为0.05mol/L的镍盐的水溶液当中，镍盐为六水合硝酸镍;同时加入体积为上述溶液体积的100%的有机溶剂，有机溶剂为丙酮，；将形成的悬浊液用超声频率为30KHz，超声功率3W/cn^的超声波振动100分钟得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为0.05mol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在25。C的温度下搅拌80分钟，随后在300秒的时间内快速加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比在1:5，溶液的pH值为8;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗涤4次，于IO(TC干燥8小时后，将所得产物在30(TC下煅烧4小时，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。实施例7:氧化镍的重量百分比含量为卯％的纳米氧化镍/碳复合材料的制备步骤如下(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为50%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为1mol/L的镍盐的水溶液当中，镍盐为六水合硫酸镍;同时加入体积为上述溶液体积的400%的有机溶剂，有机溶剂为甲醇、异丙醇、丙酮的混合；将形成的悬浊液用超声频率为50KHz，超声功率10W/cn^的超声波振动180分钟得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为1mol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在35'C的温度下搅拌180分钟，随后在600秒的时间内快速加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比在1:7，溶液的pH值在9;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗绦5次，于15(TC干燥24小时后，将所得产物在450'C下煅烧6小时，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。氧化镍电极的制作及性能测试分别以实施例5或6或7中制得的纳米氧化镍/碳复合材料为活性物质，PTFE(聚四氟乙烯)为粘结剂，活性物质和粘结剂按1520:1的比例混合，加水搅拌成膏状后均匀地涂在泡沫镍基体上。在65。C下干燥25小时后，在1218Mpa的压力下将极片静压成型，焊上极耳即制得氧化镍电极。采用三电极体系进行充放电测试，工作电极为上述氧化镍电极，对电极为铂电极，参比电极为Hg/HgO电极，电解液为6mol/L的KOH溶液。根据充放电测试的结果、纳米氧化镍/碳复合材料的重量及氧化镍的含量可以计算出不同放电电流密度下氧化镍活性物质的比容量，具体结果见表1。表l不同放电电流密度下氧化镍活性物质的比容量<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表1可见，用上述方法制备的纳米氧化镍/碳复合材料适合于用作超级电容器的电极材料。权利要求1、一种纳米氧化镍/碳复合材料，其特征在于它是一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料，其中氧化镍的重量百分比含量为30％～90％，导电碳黑的重量百分比含量为10％～70％。2、如权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其特征在于氧化镍的重量百分比含量为50%90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%50%。3、如权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其特征在于氧化镍的重量百分比含量为30%,导电碳黑的重量百分比含量为70%。4、如权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其特征在于氧化镍的重量百分比含量为90%，导电碳黑的重量百分比含量为10%。5、如权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料，其特征在于氧化镍的重量百分比含量为50%，导电碳黑的重量百分比含量为50%。6、一种如权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其特征是在超声波振动的条件下使可溶性镍盐与导电碳黑充分混合，然后在有机溶剂和水的混合溶剂体系中使镍盐与碳酸氢铵迅速反应，从而得到一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料，包括以下步骤(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比例，称取适量导电碳黑粉末加入到一定浓度的镍盐的水溶液当中，同时加入体积为上述溶液体积的一定比例的有机溶剂，将形成的悬浊液用超声波振动得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B,有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在一定温度下搅拌，随后即加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢铵的摩尔比和溶液的pH值；(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀物用水洗涤后干燥，最后将所得产物进行煅烧，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。7、如权利要求6所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其特征在于所用镍盐为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、六水合硫酸镍中的至少一种。8、如权利要求6所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其特征在于所用的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种或几种的混合。9、如权利要求6或7或8所述的纳米氧化镍/碳复合材料的制备方法，其特征是具体包括以下歩骤(a)按导电碳黑在复合材料当中的重量百分比为10%50%的比例，称取适量导电碳黑粉末加入到浓度为0.01lmol/L的镍盐的水溶液当中，同时加入体积为上述溶液体积的10%400%的有机溶剂，将形成的悬浊液用超声频率为2050KHz的超声波振动得到混合溶液A;(b)向有机溶剂和水的混合溶剂中加入碳酸氢铵配置混合溶液B，其中碳酸氢铵的浓度为0.01lmol/L，有机溶剂的种类和所占比例与混合溶液A相一致；(c)将上述溶液A在1535'C的温度下搅拌，随后加入溶液B，控制镍盐和碳酸氢钹的摩尔比在l:27，溶液的pH值在79;(d)反应完全后对浆料进行固液分离，将沉淀用水洗涤，于5015(TC干燥后，将所得产物在25045(TC下煅烧，即制得纳米氧化镍/碳复合材料。10、用权利要求1所述的纳米氧化镍/碳复合材料作为超级电容器的电极材全文摘要本发明公开了一种纳米氧化镍/碳复合材料及其制备方法和用途。该材料是一种纳米氧化镍和导电碳黑均匀混合的复合材料，其中氧化镍的重量百分比含量为30％～90％，导电碳黑的重量百分比含量为10％～70％。其制备方法是在超声波振动的条件下使可溶性镍盐与导电碳黑充分混合，然后在有机溶剂和水的混合溶剂体系中使镍盐与碳酸氢铵迅速反应，再经固液分离、洗涤、干燥及煅烧等步骤制得成品。本发明的方法工艺简单、易于操作。所制备的纳米氧化镍/碳复合材料具有高比容量、大电流放电能力强的优点，适合用作超级电容器的电极材料。文档编号H01G9/042GK101593626SQ20091006287公开日2009年12月2日申请日期2009年6月30日优先权日2009年6月30日发明者姚国富,宋朝文,晶范,丽郭申请人:中国船舶重工集团公司第七一二研究所