一種自集流超級電容器電極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自集流超級電容器電極材料及其制備方法。該電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳六邊形納米片組成。該電極材料的制備方法是將導(dǎo)電集流體泡沫鎳浸入雙氧水溶液中進(jìn)行低溫水熱氧化而直接在導(dǎo)電集流體上原位生長b-氫氧化鎳六邊形納米片。該電極材料具有比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好的特點；且由于活性物質(zhì)氫氧化鎳直接生長在泡沫鎳集流體上，因此該電極材料可直接使用，無需額外的集流體、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑，省去了復(fù)雜的電極制備過程，具有自集流的優(yōu)勢。該電極材料的制備方法只涉及廉價的雙氧水溶液而無其他化學(xué)試劑，從而保證了制備方法的零污染、低成本；制備工序僅涉及水熱氧化和真空干燥步驟，操作簡單方便、重現(xiàn)性好，易于大批量制備和工業(yè)化生產(chǎn)。<u />
【專利說明】一種自集流超級電容器電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于超級電容器電極材料領(lǐng)域，具體涉及一種自集流超級電容器電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器是一類介于電池和傳統(tǒng)電容器之間的新興綠色儲能裝置，具有功率密度高、充電時間短、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，廣泛用作電動車的驅(qū)動電源、移動通訊設(shè)備的后備電源等。超級電容器的性能主要取決于其電極材料。常用的超級電容器電極材料主要有碳材料、過渡金屬(氫)氧化物和一些導(dǎo)電聚合物，其中氫氧化鎳材料以其高的贗電容值和良好可逆性而被認(rèn)為是一種理想的電極材料。氫氧化鎳具有a和b兩種結(jié)構(gòu)類型，其中a-氫氧化鎳由于很不穩(wěn)定因此應(yīng)用價值不大，所以通常應(yīng)用的多為b-氫氧化鎳。b-氫氧化鎳通常利用溶膠-凝膠、鎳鹽溶液水熱、電沉積等方法，再經(jīng)過煅燒、離心分離、清洗等后續(xù)處理而制得。雖然這些方法可以制備b-氫氧化鎳，但制備過程存在化學(xué)試劑使用多、需要后續(xù)處理、工序繁瑣等問題，制備成本高且易造成污染；并且這些方法制備的b-氫氧化鎳尚無法作為超級電容器電極材料直接使用，還需利用額外的集流體、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑進(jìn)而通過復(fù)雜的電極制備過程而得到。因此，發(fā)展可直接作為超級電容器電極材料使用的以b-氫氧化鎳為活性物質(zhì)的自集流超級電容器電極材料以及制備這種電極材料的零污染、低成本、工序簡單的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提供一種以b_氫氧化鎳為活性物質(zhì)的自集流超級電容器電極材料；本發(fā)明還提供一種零污染、低成本、工序簡單的制備自集流超級電容器電極材料的方法。
`[0004]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種自集流超級電容器電極材料，其特征在于，所述電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b_氫氧化鎳六邊形納米片組成。
[0005]所述的自集流超級電容器電極材料的方法，包括如下步驟:將清潔的泡沫鎳浸于裝有雙氧水溶液的反應(yīng)釜中；將反應(yīng)釜密封后置于150~240°C的烘箱中保溫10~30小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于6(T80°C的真空干燥箱中烘干3飛小時，即得產(chǎn)品。
[0006]進(jìn)一步，所述泡沫鎳面積與雙氧水溶液體積之間的比例為1: l(Tl:50。所述雙氧水溶液的質(zhì)量百分濃度為59^20%。
[0007]本發(fā)明具有下述有益效果:
1、本發(fā)明電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳六邊形納米片組成，具有比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好的特點，在5mV/s的掃描速率下比容大于1000 F/g，在50mV/s的掃描速率下循環(huán)2000次后的比容量保持率在95%以上。并且，由于活性物質(zhì)氫氧化鎳直接生長在泡沫鎳集流體上，因此該電極材料可直接使用，無需額外的集流體、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑，省去了復(fù)雜的電極制備過程，具有自集流的優(yōu)勢。
[0008]2、本發(fā)明制備方法巧妙地利用水熱過程中雙氧水溶液對泡沫鎳的氧化作用,通過將導(dǎo)電集流體泡沫鎳浸入雙氧水溶液中進(jìn)行低溫水熱氧化從而直接制備了由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b_氫氧化鎳六邊形納米片組成的自集流電極材料。
[0009]3、本發(fā)明制備方法只涉及廉價的雙氧水溶液而無其他化學(xué)試劑，從而保證了制備方法的零污染、低成本；制備工序僅涉及水熱氧化和真空干燥步驟，操作簡單方便、重現(xiàn)性好，易于大批量制備和工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料XRD衍射圖；
圖2是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料的SEM掃描電鏡圖；
圖3是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料在不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線； 圖4是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料的恒流充放電曲線；
圖5是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料在50mV/s掃描速率下的比容量與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖；
圖6是本發(fā)明制備的自集流超級電容器電極材料在開路電位下的電化學(xué)阻抗譜圖?！揪唧w實施方式】
[0011]本發(fā)明提供一種自集流超級電容器電極材料及其制備方法。該電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳六邊形納米片組成，其制備方法是將清潔的泡沫鎳浸于裝有一定濃度雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于烘箱中保溫一定時間，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于一定溫度的真空干燥箱中烘干，即得產(chǎn)品。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0012]實施例1:
將面積為2cm2的清潔泡沫鎳浸于裝有60cm3、15% (質(zhì)量百分濃度)雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于180°C的烘箱中保溫24小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于60°C的真空干燥箱中烘干5小時，即得自集流電極材料。從圖1和圖2結(jié)果可知，該自集流電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳(呈六方結(jié)構(gòu))六邊形納米片組成。從圖3飛性能測試結(jié)果可知，該自集流電極材料具有很小的電極阻抗和很高的電子轉(zhuǎn)移率，比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好，在5mV/s的掃描速率下比容大于1000 F/g，在50mV/s的掃描速率下循環(huán)2000次后的比容量保持率在95%以上。
[0013]實施例2:
將面積為Icm2的清潔泡沫鎳浸于裝有50cm3、10%(質(zhì)量百分濃度)雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于200°C的烘箱中保溫20小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于70°C的真空干燥箱中烘干4小時，即得由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳(呈六方結(jié)構(gòu))六邊形納米片組成的自集流電極材料。該自集流電極材料具有很小的電極阻抗和很高的電子轉(zhuǎn)移率，比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好，在5mV/s的掃描速率下比容大于1000 F/g，在50mV/s的掃描速率下循環(huán)2000次后的比容量保持率在95%以上。
[0014]實施例3 ：
將面積為3cm2的清潔泡沫鎳浸于裝有30cm3、5% (質(zhì)量百分濃度)雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于240°C的烘箱中保溫10小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于80°C的真空干燥箱中烘干3小時，即得由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳(呈六方結(jié)構(gòu)）六邊形納米片組成的自集流電極材料。該自集流電極材料具有很小的電極阻抗和很高的電子轉(zhuǎn)移率，比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好，在5mV/s的掃描速率下比容大于1000 F/g，在50mV/s的掃描速率下循環(huán)2000次后的比容量保持率在95%以上。
[0015]實施例4:
將面積為2cm2的清潔泡沫鎳浸于裝有30cm3、20%(質(zhì)量百分濃度)雙氧水溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封后置于150°C的烘箱中保溫30小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于70°C的真空干燥箱中烘干4小時，即得由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳(呈六方結(jié)構(gòu)）六邊形納米片組成的自集流電極材料。該自集流電極材料具有很小的電極阻抗和很高的電子轉(zhuǎn)移率，比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好，在5mV/s的掃描速率下比容大于1000 F/g，在50mV/s的掃描速率下循環(huán)2000次后的比容量保持率在95%以上。
[0016]在上述實施例中對所述自集流電極材料進(jìn)行XRD、SEM及電化學(xué)表征所使用的儀器及條件如下：
采用荷蘭Panalytical X’pert Pro MPD X射線衍射儀測試電極材料的XRD譜圖。采用德國Zeiss Auriga聚焦離子束掃描電子顯微鏡測試電極材料的SEM微觀形貌。采用德國Autolab電化學(xué)工作站測試電極材料的電化學(xué)性能,測試體系由三電極組成，工作電極為制備的自集流電極材料，參比電極為Hg/HgO電極，對電極為大面積鉬片，電解液為I. OMKOH溶液；循環(huán)伏安測試條件為：掃描電位范圍為(TO. 8V，掃速分別為lmV/S、5mV/S、10mV/s、25mV/s和50mV/s ;恒電流充放電性能測試條件為：電位區(qū)間為(TO. 6V，電流密度分別恒定為lA/g、2A/g、4A/g、10A/g和20A/g ;電化學(xué)阻抗譜測試條件為：開路電位下穩(wěn)定10分鐘，測量頻率范圍為105?10_2Hz，所加擾動幅度為±5mV。
[0017]由上述實施例可以看出，本發(fā)明通過將導(dǎo)電集流體泡沫鎳浸入雙氧水溶液中進(jìn)行低溫水熱氧化而制備的由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b_氫氧化鎳(呈六方結(jié)構(gòu)）六邊形納米片組成的自集流電極材料，具有很小的電極阻抗和很高的電子轉(zhuǎn)移率，比容大、循環(huán)穩(wěn)定性好；該自集流電極材料可直接使用，無需額外的集流體、導(dǎo)電添加劑和粘結(jié)劑，省去了復(fù)雜的電極制備過程。該自集流電極材料的制備方法只涉及廉價的雙氧水溶液而無其他化學(xué)試劑，從而保證了制備方法的零污染、低成本；制備工序僅涉及水熱氧化和真空干燥步驟，操作簡單方便、重現(xiàn)性好，易于大批量制備和工業(yè)化生產(chǎn)。
[0018]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其他依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種自集流超級電容器電極材料，其特征在于，所述電極材料由泡沫鎳集流體及在其表面原位生長的b-氫氧化鎳六邊形納米片組成。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的自集流超級電容器電極材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：將清潔的泡沫鎳浸于裝有雙氧水溶液的反應(yīng)爸中；將反應(yīng)爸密封后置于150~240°C的烘箱中保溫10~30小時，然后冷卻到室溫、取出泡沫鎳，將泡沫鎳用純水沖洗、然后置于6(T80°C的真空干燥箱中烘干3飛小時，即得產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備自集流超級電容器電極材料的方法，其特征在于，所述泡沫鎳面積與雙氧水溶液體積之間的比例為I: l(Tl: 50。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備自集流超級電容器電極材料的方法，其特征在于，所述雙氧水溶液的質(zhì)量百分濃度為5%~20%。
【文檔編號】B82Y40/00GK103762090SQ201410029048
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】雷驚雷, 李凌杰, 徐靜, 張躍忠, 張潔, 張嘉芮 申請人:重慶大學(xué)