[發明專利]一種鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510848186.0
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105355467A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 許家勝;張杰
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/46
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料的制備技術領域，具體地說是涉及一種鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料的制備方法。

背景技術

超級電容器是一類具有高功率密度、優異的循環穩定性能以及可實現快速充放電的新型電化學儲能器件，在混合動力汽車、工業電力、國防軍用以及存儲系統等眾多領域具有巨大的潛在應用價值。但其相對較低的能量密度大大的限制了其應用。如何設計并制備具有優異電化學性質的電極材料是解決超級電容器現有問題的關鍵所在。金屬氧化物由于其相對碳材料較高的比電容以及相對導電聚合物較高的循環穩定性而成為一類非常具有潛力的超級電容器電極材料。

人們對金屬氧化物作為超級電容器電極材料做了較多研究，也取得了很大進展。目前的研究主要集中在簡單的二元過渡金屬氧化物，三元過渡金屬氧化物通常包含兩種不同的金屬離子，由于在多種能源相關領域均具有潛在的應用而受到越來越多的關注。而三元尖晶石結構的鈷基金屬氧化物更是其中的佼佼者。在三元尖晶石結構的鈷基金屬氧化物中除了含有氧元素、鈷元素外，還含有另外一種金屬元素。如鈷酸鋅、鈷酸錳、鈷酸鎳、鈷酸銅、鈷酸鎂等。其中鈷酸鎂作為超級電容器電極材料的很有潛力，其理論的比電容值為3122F/g,目前報道的值只有320F/g，還有很大的提升空間（參見：KrishnanSG,ReddyMV,HarilalM,etal.CharacterizationofMgCo₂O₄asanelectrodeforhighperformancesupercapacitors[J].ElectrochimicaActa,2015,161:312-321）。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種工藝簡單，制備成本低，目的產物收率高，產品純度高，具有較好電化學性能的鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料的制備方法。

為達到上述目的，本發明是這樣實現的。

一種鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料的制備方法，系將潔凈的泡沫鎳浸入到草酸水溶液中,在室溫并且攪拌的條件下，向上述溶液滴加可溶性鎂鹽和可溶性鈷鹽的混合水溶液。攪拌反應直到泡沫鎳表面上生長出微米結構前驅體，取出泡沫鎳，依次清洗、干燥和煅燒后即得目的產物。

作為一種優選方案，本發明所述草酸水溶液的摩爾濃度為0.1～2.0mol/L；所述室溫在20～30℃；所述攪拌速度保持在100～150轉/分鐘；所述滴加溶液的速度為60～180滴/分鐘；所述攪拌反應時間為10～30分鐘。

作為另一種優選方案，本發明所述可溶性鎂鹽為硝酸鎂或氯化鎂的一種或其混合物，其摩爾濃度為0.05～0.5mol/L；所述可溶性鈷鹽為硝酸鈷或氯化鈷的一種或其混合物，其摩爾濃度為0.1～1.0mol/L；鎂鹽和鈷鹽的摩爾比保持為1:2。鎂鹽和草酸的摩爾比為1:6～60。

進一步地，本發明所述干燥時間為1～3小時，干燥溫度為60～120℃，升溫速率為2～10℃/分鐘。

更進一步地，本發明所述煅燒時間為2～5小時，煅燒溫度為300～450℃，升溫速率為2～20℃/分鐘。

本發明采用在導電基底表面原位生長金屬氧化物電極材料，可有效提高活性物質利用率，增大活性表面，提高材料的擴散傳質性能。利用共沉淀-煅燒兩步法，成功的制備了鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料。由于多孔微米棒結構的存在，使得材料具有較大的比表面積和豐富的空隙，這些結構有利于電解質的浸潤和電子的傳輸。這種鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極表現出優異的電化學性質，是一種非常有潛力的超級電容電極材料。這種優異的性質與鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳這一新穎的結構有密切的關系。

與現有技術相比，本發明具有如下特點。

（1）本發明共沉淀-煅燒兩步法，制備工藝路線簡單，成本低，操作容易控制，具有較高的生產效率，通過對合成條件的有效控制，合成的鈷酸鎂微米棒具有納米級的孔道結構，增加了贗電容反應的有效活性位。鈷酸鎂多孔微米棒牢固生長在高導電性的泡沫鎳金屬表面，增加了復合材料的導電性。

（2）本發明制備目的產物鈷酸鎂多孔微米棒/泡沫鎳復合電極材料，其純度高（99.92％～99.99），雜質含量低，分散性好（通過SEM圖可以看出）。鈷酸鎂微米棒的直徑在200~500nm之間，長度在2~5μm之間，孔道尺寸在10～20nm之間。