[發明專利]超級電容器用納米Ni(OH)2與Co(OH)2復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201110290441.6
• 申請日: 2011-09-29
• 公開（公告）號: CN102509628A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 周震;李金秀;魏進平;楊梅;楊吉祥
• 申請（專利權）人: 南開大學;臺達電子工業股份有限公司
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種超級電容器用電極材料及制備方法，特別是一種超級電容器用納米Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料及制備方法。

背景技術

超級電容器作為一種新型儲能裝置，具有功率密度高、充放電循環壽命長等優點。用作超級電容器電極的材料主要有碳材料、過渡金屬氧化物/氫氧化物和導電聚合物。碳材料作為電極材料時，主要靠電解液與材料表面形成的雙電層進行儲能，能量密度相對較低。金屬氧化物/氫氧化物和導電聚合物利用材料表面發生的法拉第反應進行儲能，能量密度比較高。由于具有較高的理論容量，金屬氧化物/氫氧化物成為研究熱點。氫氧化鎳作為電極材料具有較高的理論比容量，但是目前商用的球形氫氧化鎳顆粒比較大，比表面較小，用作電容器電極材料時，比容量較低。因此，制備高比表面積的納米氫氧化鎳是提高電極材料比容量的有效途徑。制備納米氫氧化鎳的方法主要有高能球磨法、固相反應法、沉淀轉化法、溶膠凝膠法等，水熱法因具有設備簡單、步驟簡便、所得產物粒徑大小均一、形貌結構可控等特點，而被廣泛采用。由于氫氧化鎳是P型半導體，其較差的導電性降低了材料的電化學性能。通過在氫氧化鎳表面包覆一層氫氧化鈷，可有效改善材料的導電性進而可以提高材料的電化學性能(美國專利US3066178A)。中國專利CN?200410043722.1公開了用共沉淀的方法制備了Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料，以其作為正極與活性炭負極構成的電容器，缺點是該制備方法過程中容易發生吸留或包埋的共沉淀，反應中引入的雜質不易除去，特別是形成膠體沉淀，后續過程難于處理，同時消耗大量的洗滌溶劑和水；由于Co(OH)2是以共沉淀的方式進入到Ni(OH)2的晶格當中，大電流充放電時，顆粒內部的Co(OH)2不能得到有效利用，因而造成了Co的浪費，而且這種摻雜方式并不能改善Ni(OH)2顆粒與集流體之間的導電性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的超級電容器用納米Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料及制備方法。該方法通過簡單易行的水熱合成制備了納米結構的β-Ni(OH)₂，通過化學沉淀的方法在其表面沉積適量的Co(OH)₂，可以克服已有技術的缺點，能夠充分利用沉積在表面的Co(OH)₂，提高了材料的導電性，使得材料的放電比容量和倍率性能得到了顯著的提高。

本發明提供的超級電容器用納米Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料是以可溶性鎳鹽和鈷鹽為原料，鎳鹽首先在有機溶劑存在下進行水熱反應，分離出沉淀物Ni(OH)₂；Ni(OH)₂重新分散于水中，依次加入鈷鹽溶液和堿性溶液進行沉淀反應，生成的Co(OH)₂沉積在Ni(OH)₂納米顆粒表面形成共沉淀物，其干燥后得到納米Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料。其中反應物料的配比：鎳鹽的濃度為0.01～2mol/L，鎳鹽溶液與有機溶劑的體積比為1～40∶1。Ni與Co的摩爾質量比為20～60∶1。

本發明提供的超級電容器用納米Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料的制備方法包括的步驟：

1)按計量將鎳鹽水溶液與有機溶劑混合，強力攪拌均勻后轉移至反應釜中，然后將反應釜置于120～240℃烘箱中進行水熱反應1～30h，冷卻至室溫，取出沉淀物離心，置于40～80℃空氣中干燥后得到淺綠色的β-Ni(OH)₂粉末。

2)將上述粉末均勻分散于水中后加入鈷鹽水溶液，再加入堿性溶液于20～80℃下反應0.5～10h，濾出沉淀物、水洗滌、置于40～80℃烘箱中干燥后得到β-Ni(OH)₂與Co(OH)₂復合材料。堿液的濃度為0.01～5mol/L。

所述的鎳鹽為氯化鎳、溴化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、乙酸鎳、甲酸鎳或氨基磺酸鎳中的至少一種；有機溶劑為甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、或三乙醇胺中的至少一種。

所述的鈷鹽為氯化鈷、溴化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷或乙酸鈷中至少一種。

所述的堿性溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰中的至少一種。

所述的Co與Na或K或Li的摩爾質量比為1∶2～1∶6。