[發明專利]銅鋁類水滑石材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201610277797.9
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN106024404B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 方建慧;李宏;沈霞
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;C01G3/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種電極材料的制備工藝，特別是涉及一種類水滑石材料的制備方法及應用，應用于超級電容器電極材料技術領域。

背景技術

超級電容器是介于傳統電容器和充電電池之間的一種新型儲能、節能裝置。它即具有電容器可以快速充放電的特點，又具有電化學電池的儲能機理。與傳統的電容器相比，超級電容器具有高功率的密度、長循環壽命，無污染、較寬的工作溫度范圍等特點，在動力電源等領域中的應用越來越受到關注。根據儲能機理的不同，可以把超級電容器分為雙電層超級電容器以及法拉第準電容器。前者利用電子、離子或偶極子在電極/溶液表面的定向排列所產生的雙電層來儲存電荷，后者則是通過電化學活性物質在電極表面或體相的準二維空間內發生化學吸附、脫附或者氧化還原反應引起的法拉第準電容。在相同的體積或重量的情況下，法拉第準電容比電容量往往是雙電層比容量的10-100倍以上。因此，電極材料的性能直接決定電容器的儲能品質。

目前有文獻報道關于鎳鋁水滑石應用于超級電容器。例如韓景賓等申請的專利申請號為201310627666.5的專利申請公開了一種基于鎳鋁水滑石的全固態柔性超級電容器的制備方法，在柔性導電布上生長鎳鋁水滑石陣列，然后填充了納米粒子在鎳鋁水滑石表面，，獲得了較好的電化學性能。但該工藝制備比較復雜，難于實現批量化生產，并且由于鎳的磁性以及腐蝕性較強，不適合大規模產業化應用。陳澤陽等申請的專利申請號為201510180795.3 的專利申請公開了使用鎳鋁水滑石納米材料作為正極材料的超級電容器，獲得了一種鎳鋁水滑石材料作為電容器的正極材料，具有較高的容量密度和高功率密度的特性。文出章中并沒有給出材料循環穩定性的數據，材料的穩定性是判斷一種材料是否適合大規模生產的標準。因此開發一種環境友好的，制備方法簡單并且穩定性能好的水滑石材料應用于超級電容器勢在必行。

銅鋁水滑石是一種雙金屬氧化物，水滑石材料屬于陰離子性層狀化合物。層狀化合物是指具有層狀結構、層間陽離子可調變性和層間陰離子多樣性，可交換的一類化合物，通過離子交換等方法引入的新客體陰離子改變了化合物的結構和組成。利用層狀化合物主體在強極性分子作用下所具有的可插層性和層間離子的可交換性，可以在超級電容器的充放電過程中實現電荷的存儲和釋放，形成極大的能量存儲。當前，銅鋁水滑石研究較少，僅有零星報道關于銅鋁類水滑石的制備方法，最常用的是共沉淀法，例如，陳慧琴等公開CuAl水滑石的合成及其催化活性，合成化學，2007，15,233-235。以硝酸鋁和硝酸銅為原料采用共沉淀法制備得到了碳酸根離子柱撐CuAl水滑石，由于銅離子導致了明顯的Jahn-Teller效應，難以得到結晶度良好的產物。龐秋云公開了銅鋁類水滑石的制備及吸附性能研究，曲阜師范大學碩士論文，2009.4。公開了以氯化銅和硝酸鋁為原料采用水熱法制備得到了銅鋁類水滑石，但是團聚現象較嚴重。申請的專利申請號為201210150905.8的專利文獻公開了一種銅鋁水滑石的制備方法，采用氯化鋁和氫氧化銅為原料合成了結晶度好的銅鋁水滑石，但是由于氫氧化銅不穩定極易分解為氧化銅和水，導致得到水滑石晶相不好。所以開發一種大規模制備新型銅鋁類水滑石材料成為亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種銅鋁類水滑石材料的制備方法及其應用，可大規模制備插層銅鋁類水滑石電極材料，用于提高電容容器的能量密度以及放電電壓，方法簡單，適用于在超級電容器電極上使用。

為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案：

一種銅鋁類水滑石材料的制備方法，包括如下步驟：

1）稱取定量的可溶性碳酸鹽，加入含有氫氧根離子的堿性溶液中，充分攪拌均勻，用去離子水溶解定容，并通氮氣除去混合溶液中的氧；所制備的混合溶液中的碳酸鹽的濃度優選為0.1-0.5 g/L；含氫氧根離子的堿性溶液的堿濃度優選為 5-20g/L；所述碳酸鹽優選為鈉鹽和鉀鹽中任意一種或兩種的混合物，所述含有氫氧根離子的堿性溶液優選為氨水溶液和氫氧化鈉溶液中任意一種溶液或兩種的混合溶液