[發(fā)明專利]直接在鈦基底上生長(zhǎng)氧化鎳、氧化鈷及其復(fù)合物儲(chǔ)能材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210216523.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN102719811A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖鵬;楊飛;周明;姚建玉;張?jiān)茟?/a>;蒙小琴;李小玲;王志峰;袁履輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C18/12
• 分類號(hào): C23C18/12;C25D11/26
• 代理公司: 北京瑞盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11300
• 代理人: 趙秉森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能材料領(lǐng)域，特別是一種直接在鈦基底上生長(zhǎng)氧化鎳、氧化鈷及其復(fù)合物儲(chǔ)能材料的方法。?

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，環(huán)境污染與能源緊缺日益加劇，鋰離子電池(LIBs)與電化學(xué)超級(jí)電容器(ECs)這兩大新型儲(chǔ)能元件，在全球需求量快速擴(kuò)大，已成為化學(xué)電源領(lǐng)域內(nèi)新的產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)。兩者在電動(dòng)汽車、混合燃料汽車、特殊載重汽車、電力、鐵路、通信、國(guó)防、消費(fèi)性電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力，被世界各國(guó)所廣泛關(guān)注。?

電極材料是LIBs和ECs性能的核心部件之一，是人們研發(fā)的重點(diǎn)，提高電極材料的性能是提高LIBs和ECs性能的關(guān)鍵。目前許多過渡氧化物如NiO、CoO等由于其價(jià)格低廉，理論容量高等優(yōu)點(diǎn)是理想的儲(chǔ)能材料。當(dāng)這些材料運(yùn)用在超級(jí)電容器及鋰離子電池時(shí)往往需要注重三個(gè)因素：高比表面積，高導(dǎo)電性以及與集流體接觸牢固程度。?

為了滿足高比表面積這種因素，這些儲(chǔ)能材料往往制備成具有各種形貌納米材料，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道NiO、CoO已成功制備出高比表面積的納米花、納米片、納米管、納米棒；CoO更是制備出高比表面積的納米帶。巨大的比表面積提供了大量的活性反應(yīng)位點(diǎn)，提高了材料的比容量，獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)具有多孔結(jié)構(gòu)，利用減小電解質(zhì)離子擴(kuò)散途徑，提高擴(kuò)散速率。然而這些具有高比表面的納米材料大多為粉體材料，應(yīng)用時(shí)往往需要均勻地壓制在集流體上，不可避免地會(huì)使用一些有機(jī)粘合劑以提高其與集流體接觸的牢固程度，且NiO、CoO等導(dǎo)電性較差，電子傳輸速率較慢，壓制時(shí)還需要與一些導(dǎo)電劑混合，這一手段不僅讓活性材料的部分比表面積喪失，降低了材料性能，也繁瑣了電極制備過程。?

為了解決以上問題，研究者選擇直接在金屬基底上生長(zhǎng)具有高比表面積的NiO、CoO活性材料，常用的是以鎳和鈦為基底，但是泡沫鎳基底對(duì)堿性環(huán)境不穩(wěn)定，實(shí)際運(yùn)用時(shí)在某些方面會(huì)受到限制。金屬鈦基底導(dǎo)電性好，對(duì)堿性環(huán)境也十分穩(wěn)定，因此受到研究者的關(guān)注，但目前對(duì)在鈦基底上生長(zhǎng)儲(chǔ)能材料的方法的研究較少。在鈦基底上生長(zhǎng)NiO、CoO活性材料的方法主要有電化學(xué)沉積法和化學(xué)水浴沉積法兩種，其中電化學(xué)沉積法的實(shí)驗(yàn)條件較為復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器精密度要求較高，而且該方法制備的電極材料不夠穩(wěn)定，循環(huán)性能差；化學(xué)水浴沉淀法通過簡(jiǎn)單的沉淀反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)，操作簡(jiǎn)單，但生長(zhǎng)出的產(chǎn)物膜與基底結(jié)合不牢固，導(dǎo)致?其在儲(chǔ)能方面的性能大大降低。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直接在鈦基底上生長(zhǎng)氧化鎳、鈷及其復(fù)合物儲(chǔ)能材料的方法，該方法實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器精密度要求低，操作簡(jiǎn)單，生長(zhǎng)出的產(chǎn)物膜不但均勻、足夠穩(wěn)定，且在儲(chǔ)能方面的性能優(yōu)越。?

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：?

直接在鈦基底上生長(zhǎng)氧化鎳、鈷及其復(fù)合物儲(chǔ)能材料的方法，包括以下步驟：?

a.鈦基底的處理：將鈦片依次在稀鹽酸、無(wú)水乙醇和去離子水中分別超聲清洗5～10min，將清洗晾干后的鈦片作為陽(yáng)極，鉑片作為陰極置于0.05～0.5mol/L的HF溶液中，在10～30V的電壓下常溫反應(yīng)1.0h，在鈦基底表面制得二氧化鈦納米管(TiO₂NT)，再將所得的TiO₂NT在氮?dú)夥諊斜簾?h，焙燒溫度為400～500℃，以改善TiO₂NT的導(dǎo)電性；?

b.將a步驟處理過的鈦基底在飽和檸檬酸溶液中(PH＝1.5)浸泡12～24h，以增加TiO₂NT管壁羥基的數(shù)量；?

c.金屬鹽溶液的配置：將一定量的水合過渡金屬鹽溶于水中，配制成濃度范圍為0.02mol/L～0.08mol/L的溶液；?

d.前軀體溶液：稱取一定量的尿素溶于c溶液中，保持金屬鹽與尿素的物質(zhì)的量之比為1∶5；?

e.將經(jīng)過b步驟處理過的鈦基底正面朝下，與反應(yīng)釜內(nèi)襯呈45°傾斜置于容積為50ml的聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯中，再將c步驟的溶液30ml轉(zhuǎn)移至該聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)襯中；?

f.將e步驟的反應(yīng)釜置于烘箱中，在90～160℃下反應(yīng)8～16h；?

g.取出f中鈦基底，分別用去離子水和乙醇沖洗，干燥后于300～400℃的N₂氣氛下焙燒3h；?

所述水合金屬鹽為水合鎳鹽、水合鈷鹽、水合鎳鹽和水合鈷鹽的混合鹽。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案具有以下有益效果：?

1.實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器精密度要求低，操作簡(jiǎn)單；?