C材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級電容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟發(fā)展，環(huán)境污染、溫室效應以及能源危機迫使人們急切地尋求一種綠色、安全、無污染的新型儲能裝置。鋰離子電池因其高的能量密度、毒性小被廣泛應用于電子便攜設(shè)備、國防科技、航空航天、電動汽車等領(lǐng)域中，但是鋰離子電池因其自身較差的功率性和潛在的安全風險限制了其在動力電源等領(lǐng)域的廣泛應用。超級電容器因其杰出的倍率性能以及循環(huán)壽命被視為鋰離子的補充或替代物，一經(jīng)問世就備受關(guān)注。眾所周知，電極材料對超級電容器的性能好壞起著決定性的作用。一般超級電容器材料包括:碳材料，導電聚合物以及金屬氧化物(氫氧化物)三大類。其中，金屬氧化物(氫氧化物)由于具有比容量高、倍率性、原材料豐富的優(yōu)勢，是一種具有較好的潛在應用前景的超級電容器材料。本發(fā)明在此提供了一種超級電容器用Ni1 x yCoxMny (OH)2OC材料及其制備方法，該制備方法簡單、易控，合適大規(guī)模操作，所制得的Ni1 x yCoxMny(OH)2OC復合材料具有高比容量及優(yōu)異的倍率性能，具有較好的應用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、高效、易于操作的超級電容器用Ni1 x yCoxMny (OH) 2iC材料及其制備方法，采用此方法所得的材料用作超級電容器活性材料時具有高比容量和優(yōu)異的倍率性。
[0004]本發(fā)明的超級電容器用NilxyCoxMny (OH)2OC材料，分子式中0.1 < x彡1，0.1彡y彡I，所述的復合材料中的Ni1 x yCoxMny (OH)2的粒徑處于10納米至100微米之間。
[0005]本發(fā)明超級電容器用Ni1 xyCoxMny (OH)2OC材料的制備方法，包括下述步驟:(I)制備Ni1 x yCoxMny(OH)2:將鎳鹽、鈷鹽和錳鹽溶解到混合溶液中，然后加入沉淀劑得到混合液，將上述混合液置于聚四氟乙烯反應器中于120-200°C反應2-48小時，分離、干燥后可得Ni1 x yCoxMny(0H)2；⑵引入C制備N1: x yCoxMny(OH)2iC復合材料:將步驟⑴所得的Ni1 x yCoxMny(0H)2分散到混合溶液中，然后添加C材料，攪拌均勻后置于反應釜中二次水熱處理，在100-240°C反應1-24小時，離心、分離干燥后即可得到復合材料Ni1 x yCoxMny(OH)2iC。
[0006]步驟(I)中鎳鹽、鈷鹽和錳鹽分別是硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物或醋酸鹽；混合溶液為去離子水、無水乙醇、乙二醇和丙酮中任意兩種的混合，混合比例從0.1:1至1:0.1 ;沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸胺和尿素中的一種或幾種；沉淀劑的用量和金屬鹽總量摩爾比充1:0.5至I:2o
[0007]步驟⑵引入C為具有高的導電性能的碳材料，可以是碳納米管、天然石墨、活性炭和石墨稀中的一種或幾種。
[0008]步驟⑵添加C的質(zhì)量為Ni1 x yCoxMny (OH)2質(zhì)量的l_80wt%。
[0009]步驟(2)的混合溶液為去離子水、無水乙醇、乙二醇和丙酮中任意兩種或多種的混合液。
[0010]本發(fā)明的超級電容器用Ni1 x yCoxMny(OH)2OC材料的應用，所述的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC用作超級電容器活性材料。
[0011]本發(fā)明的NixCoyMn1 x y(0H)2@C材料的制備方法操作簡單、效率高、綠色安全、合適大規(guī)模生產(chǎn)；所制得的Ni1 x yCoxMny (OH)2OC復合材料具有高比電容和高功率的特點，并且材料成本低，具有很好的大規(guī)模應用前景。
【附圖說明】
[0012]圖la，b 分別為實施例1 所制備的 NixCoyMni xy (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH)2OC 的掃描電鏡圖。
[0013]圖2由實施例1制備的NixCoyMn1 xy (OH)2OC超級電容器材料的恒流充放電曲線圖。
[0014]圖3由實施例1制備的NixCoyMn1 x y (OH)2, NixCoyMn1 x y (OH) 2@C超級電容器材料的倍率性能圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
[0016](I)制備 Niasi2Coa083Mnai05(OH)2:將 1.4852g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.1862g 的Co (NO3)2.6H20和0.2290g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應器中于180°C反應7.5小時，分離、干燥后可得NiQ.812CoQ.QS3MnQ.1Q5(0H)2，其形貌如圖1a中所不O
[0017](2)引入C制備Niasi2Coa083Mn0J5(OH)2OC復合材料:將步驟(I)所得的0.2g的Ni0.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應釜中二次水熱處理，在200°C反應4小時，離心、分離干燥后即可得到 N1.8I2CO0.083^110_ 105 (OH) 2@C材料，掃描電鏡如圖1b所示。把所得到的Ni。.812Co0.083Mn0.105 (OH) 2和Ni ο.Si2Co0.Q83Mn0.105 (OH) 2iC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測它們的電化學性能，結(jié)果表明Niasi2CO0.083MnaiQ5 (OH)2在電流密度為0.5A/g時，比容量能達到1884.53F/g ;當電流密度達到1A/g時其比容量是977.38F/go同樣，Niasi2CoaQS3MnaiQ5 (OH)2OC在電流密度為0.5A/g時，比容量能達到1712.13F/g ;當電流密度達到ΙΟΑ/g時其比容量是1535.43F/g ;繼續(xù)增至20A/g時，比容量仍能保持在0.5A/g時比容量的79.8%。
[0018]實施例2
[0019](I)制備 Ni議Coa 047Mn議(OH)2:將 1.6758g 的 Ni (NO 3) 2.6Η20、0.0931g 的Co (NO3)2.6H20和0.1145g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應器中于180°C反應7.5小時，分離、干燥后可得Nias95CoaQ47MnQ.Q58(0H)2。
[0020](2)引入C制備Nia895CoaQ47MnQ.Q5S(OH)2iC復合材料:將步驟⑴所得的0.2g的Ni0.S95Co0.Q47Mn0.058 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應釜中二次水熱處理，在200°C反應4小時，離心、分離干燥后即可得到 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni0.895Co0.047Mn0.058 (OH) 2和 Ni 0.895Co0.047Mn0.。58 (OH)2OC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測它們的電化學性能，結(jié)果表明Nias95CoaM7Mna(]5S(0H)2、Nias95Cο。.047MnaQ5S (OH)2OC 在電流密度為 0.5A/g 時，比容量分別是 1720.31F/g、1661.71F/g。
[0021]實施例3
[0022](I)制備 Nia 625Coai83Mnai92(OH)2:將 1.1167g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.3725g 的Co (NO3) 2.6H20和0.4581g的50% Mn (NO3) 2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應器中于180°C反應7.5小時，分離、干燥后可得Nia 625Coai83Mnai92(OH)2。
[0023](2)引入 C 制備 Nia 625Coa 183Mn0.192(OH)2iC 復合材料:將步驟(I)所得的 0.2g 的 Ni0.S25Co0.183Mn0.192 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應釜中二次水熱處理，在200°C反應4小時，離心、分離干燥后即可得到 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2iC 材料。把所得到的 Ni。.625Co0.183Mn0.192 (OH) 2和 Ni 0.625Co0.183Mn0.192(OH)2OC分別涂到泡沫鎳上，在2mol/L的KOH電解液中，鉑電極作為對電極，Hg/HgO電極作為參比電極，三電極體系測它們的電化學性能，結(jié)果表明Nia625Coais3Mnai92(OH)2、Nia 625COai83Mnai92 (OH)2OC 在電流密度為 0.5A/g 時，比容量分別是 1268.72F/g、1133.99F/g。
[0024]實施例4
[0025](I)制備 Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2:將 0.9306g 的 Ni (NO 3) 2.6H20、0.4656g 的Co (NO3)2.6H20和0.5726g的50% Mn(NO3)2.6H20溶液，溶于10mL的乙醇水混合溶液中(V ^=V*= 4:1)，然后加入0.3844g的尿素作為沉淀劑，將上述溶液置于聚四氟乙烯反應器中于180°C反應7.5小時，分離、干燥后可得Nia5QSCoa 263MnQ.229 (0H)2。
[0026](2)引入C制備Nia508Coa 263Mna 229 (OH)2iC復合材料:將步驟(I)所得的0.2g的Ni0.SO8Co0.263Mn0.229 (OH) 2均勻分散到乙醇水混合溶液中(V乙醇:V水=4:1)，然后添加0.0lg的石墨烯，攪拌均勻后置于反應釜中二次水熱處理，在200°C反應4小時，離心、分離干燥后即可得到 Ni。.S08Co0.26