一种无粘结剂多孔AB2O4@M电极的制备方法与流程

本发明涉及储能材料制备和纳米制造领域，具体涉及一种无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备方法。

背景技术：

尖晶石型双金属氧化物（ab2o4）是一类重要的无机功能材料，具有熔点高、热稳定性好、耐腐蚀等优点，在光催化、电催化和电储能等领域有广阔的应用前景，已引起人们的广泛关注。尖晶石型双金属氧化物作为储能电极材料，以其极佳的特性吸引了人们的目光。与传统的碳材料相比较，尖晶石型双金属氧化物由活性材料表面以及体相中发生的氧化还原反应来储存能量，因而具有更高的能量密度和比容量。此外，尖晶石型双金属氧化物还具有形貌尺寸大小可控、原料丰富、取材容易等优点。因而，尖晶石型双金属氧化物是非常具有研究潜力的电极材料。

粉体材料电极的制备方法通常是将电活性物质、导电剂和粘结剂分散在溶剂中形成糊状物，然后将糊状物涂布在集流体上，结合后续烘干、压制等工序制成电极片。在电极的制备过程中，需要使用粘结剂、导电剂和溶剂，这会使生产成本增加、活性成分的利用率降低、电极的制备周期延长。此外，活性成分与集流体的结合程度也会影响电极的循环稳定性。

目前，尖晶石型金属氧化物无粘结剂电极的制备方法有水热法、溶剂热法、电沉积法等，如：《物理化学学报》2020年第36卷上佟永丽等人在《基于nico2o4纳米片电极的非对称混合电容器》一文中，报导了采用简单的水热方法在泡沫镍基底上生长了钴酸镍纳米片，钴酸镍纳米片直接用作超级电容器电极，呈现出优异的电化学性能。《催化学报》2004年第25卷第4期《阳极电沉积co-ni混合氧化物在碱性介质中的电催化析氧性能》一文中，武刚等人利用电化学阳极共沉积技术，从含不同co²⁺/ni²⁺比的naoh溶液中，在ni基体上制备了co-ni混合氧化物。但是，传统制备无粘结剂电极的方法存在反应时间长，合成步骤复杂，负载量低等缺点。

溶液燃烧法是一种简单的制备金属氧化物的方法，利用反应自身释放的热量维持反应的进行，因而具有节能、快速的优点，成为低成本制备方法的理想选择之一。如能利用溶液燃烧法直接在导电基底表面生长尖晶石型多孔双金属氧化物，将可减少电极制备过程中粘结剂和导电剂的使用，进而简化电极的制作工艺、降低生产成本，而且将有利于提高电活性材料的利用率、电极的稳定性和使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明公开一种无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备方法，制备工艺简单，操作简便，不需要复杂设备，成本低廉，适用于批量化生产。

本发明的技术方案为：一种无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备方法，具体步骤为：

（1）将金属a、b的硝酸盐溶于水中，然后加入燃料搅拌得反应液；

（2）在反应液中浸入一片经预处理的集流体m；

（3）在预热的加热炉中加热含有m的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的集流体，后处理得到无粘结剂多孔ab2o4@m电极。

进一步地，步骤1中所用金属a、b的硝酸盐是选自硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜、硝酸锰和硝酸锌中的两种。

进一步地，步骤1中所用燃料是甘氨酸或尿素。

进一步地，步骤1中a和b的摩尔比为1:2。

进一步地，步骤2中所用的集流体m为泡沫镍、泡沫铜或钛网。

进一步地，步骤2所用的集流体m的预处理过程是将m先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干。

进一步地，步骤3中加热炉的预热温度为300℃。

进一步地，步骤4中的后处理过程是将反应后的m依次用水、乙醇洗涤，然后在60～90℃干燥。

本发明的有益效果为：

1、本发明公开的电极制备方法是直接在导电剂基底上生长多孔尖晶石型双金属氧化物，减少了导电剂和粘结剂的使用，减少了电极的制作步骤，降低了电极的制造成本；

2、直接在导电剂基底上生长多孔尖晶石型双金属氧化物，有利于提高金属氧化物与导电基底的结合程度和电活性物质的利用率，从而进一步提高电极的容量和稳定性，在超级电容器、锂离子电池和电催化等领域有广阔的应用前景；

3、本发明公开的无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备工艺简单，操作简便，反应条件相对温和，不需要复杂设备，耗时短，适合于批量化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的无粘结剂多孔nico2o4@ni电极的fesem照片；

图2为实施例2制备的无粘结剂多孔mnco2o4@ni电极的fesem照片；

图3为实施例3制备的无粘结剂多孔mnco2o4@ti电极的fesem照片；

图4为实施例4制备的无粘结剂多孔znco2o4@ni电极的fesem照片；

图5为实施例5制备的无粘结剂多孔nimn2o4@ni电极的fesem照片；

图6为实施例6制备的无粘结剂多孔comn2o4@ni电极的fesem照片；

图7为实施例7制备的无粘结剂多孔znmn2o4@ni电极的fesem照片；

图8为实施例8制备的无粘结剂多孔mnco2o4@cu电极的fesem照片；

图9为实施例9制备的无粘结剂多孔cumn2o4@ni电极的fesem照片。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

实施例1一种无粘结剂多孔nico2o4@ni电极的制备

（1）将0.582g六水合硝酸镍和1.161g六水合硝酸钴溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在60℃干燥得到无粘结剂多孔nico2o4@ni电极，电极的sem照片如图1所示。由图1可见，电极呈多孔状结构。

实施例2一种无粘结剂多孔mnco2o4@ni电极的制备

（1）将0.358g水合硝酸锰和1.161g六水合硝酸钴溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在90℃干燥得到无粘结剂多孔mnco2o4@ni电极，电极的sem照片如图2所示。由图2可见，电极呈多孔状结构。

实施例3一种无粘结剂多孔mnco2o4@ti电极的制备

（1）将0.358g水合硝酸锰和1.161g六水合硝酸钴溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片钛网先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的钛网；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有钛网的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的钛网，经水、乙醇超声洗涤后，在70℃干燥得到无粘结剂多孔mnco2o4@ti电极，电极的sem照片如图3所示。由图3可见，电极是由纳米片组成的多孔状结构。

实施例4一种无粘结剂多孔znco2o4@ni电极的制备

（1）将0.601g六水合硝酸锌和1.161g六水合硝酸钴溶于10.0ml水中，然后加入0.545g尿素搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在90℃干燥得到无粘结剂多孔znco2o4@ni电极，电极的sem照片如图4所示。由图4可见，电极是由纳米粒子组成的多孔状结构。

实施例5一种无粘结剂多孔nimn2o4@ni电极的制备

（1）将0.582g六水合硝酸镍和0.716g水合硝酸锰溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在60℃干燥得到无粘结剂多孔nimn2o4@ni电极，电极的sem照片如图5所示。由图5可见，电极呈多孔状结构。

实施例6一种无粘结剂多孔comn2o4@ni电极的制备

（1）将0.582g六水合硝酸钴和0.716g水合硝酸锰溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在60℃干燥得到无粘结剂多孔comn2o4@ni电极，电极的sem照片如图6所示。由图6可见，电极呈多孔状结构。

实施例7一种无粘结剂多孔znmn2o4@ni电极的制备

（1）将0.595g六水合硝酸锌和0.716g水合硝酸锰溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在60℃干燥得到无粘结剂多孔znmn2o4@ni电极，电极的sem照片如图7所示。由图7可见，电极呈多孔状结构。

实施例8一种无粘结剂多孔mnco2o4@cu电极的制备

（1）将0.358g水合硝酸锰和1.161g六水合硝酸钴溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫铜先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫铜；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫铜的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫铜，经水、乙醇超声洗涤后，在90℃干燥得到无粘结剂多孔mnco2o4@ni电极，电极的sem照片如图8所示。由图8可见，电极呈多孔状结构。

实施例9一种无粘结剂多孔cumn2o4@ni电极的制备

（1）将0.483g三水合硝酸铜和0.716g水合硝酸锰溶于10.0ml水中，然后加入0.50g甘氨酸搅拌得反应液；

（2）首先将一片矩形泡沫镍先用2mol/l盐酸超声浸泡30min，然后用水和乙醇超声清洗，自然晾干，再在反应液中浸入经预处理的矩形泡沫镍；

（3）在300℃预热的加热炉中加热含有泡沫镍的反应液直至发生燃烧反应；

（4）反应结束后，自然冷却至室温，取出反应后的泡沫镍，经水、乙醇超声洗涤后，在60℃干燥得到无粘结剂多孔cumn2o4@ni电极，电极的sem照片如图9所示。由图9可见，电极呈多孔状结构。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。