[發(fā)明專利]超小氫氧化鎳納米片的電極制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611200095.7
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106587175A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭春麗;毛玉瓊;衛(wèi)英慧;侯利鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C01G53/04
• 分類號: C01G53/04;H01G11/86;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超小氫氧化鎳納米片的電極制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用雙層泡沫鎳體系制備超級電容器的電極，提高超小氫氧化鎳納米片電極的電化學(xué)性能。

背景技術(shù)

高容量、循環(huán)穩(wěn)定性好、高倍率的超級電容器成為電動汽車、微型計算機(jī)、移動通訊和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的重要技術(shù)發(fā)展方向。具有高理論比容量和高電化學(xué)穩(wěn)定性的氫氧化鎳電極材料有望成為優(yōu)質(zhì)的器件電極材料，應(yīng)用于下一代超級電容器儲能電源。氫氧化鎳電極材料有多個氧化態(tài)，通過發(fā)生法拉第氧化還原可逆反應(yīng)在其表面和體相內(nèi)存儲大量電荷，產(chǎn)生的準(zhǔn)電容和能量密度遠(yuǎn)高于雙電層電容的碳基電極材料。而且納米尺寸的氫氧化鎳一般具有高的比表面積和較短的傳輸路徑，這有利于離子、電子在充放電過程中的傳輸，從而有利于電化學(xué)性能的提高。但是由于過度納米化形成的表面能、界面能和缺陷，納米粒子與電解液反應(yīng)的發(fā)生，雖然提高了電化學(xué)活性，但是不能保證高的循環(huán)穩(wěn)定性和高的充放電效率。

氫氧化鎳屬于半導(dǎo)體材料，而較差的導(dǎo)電性導(dǎo)致了氫氧化鎳作為電極材料有較差的倍率性能和循環(huán)性能，因此，許多研究者們致力于制備氫氧化鎳復(fù)合材料，來提高其導(dǎo)電性，從而提高其電化學(xué)性能。例如，戴宏杰課題組制備了氫氧化鎳/石墨烯復(fù)合材料，其電化學(xué)性能相比純的氫氧化鎳來說有了很大的提高（Journal of the American Chemical Society, 2010, 132, 7472-7477）；閻興斌課題組制備的氫氧化鎳/還原型氧化石墨烯（RGO）復(fù)合材料使得氫氧化鎳的循環(huán)性能從59 %提高到了89 %（Sci. Rep., 2015, 5, doi：10.1038/srep11095）；Ji-Hyun Jang和他的合作者們通過在3D氫氧化鎳上沉積納米金顆粒來提高其循環(huán)性能（Nanoscale, 2014, 6, 11646-11652），雖然這種方法使得氫氧化鎳的循環(huán)性能從30 %提高到了80 %，但也增加了成本；因此，利用經(jīng)濟(jì)合理的電極制備方法提高超小氫氧化鎳納米片的電化學(xué)性能有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的具體技術(shù)問題是采用雙層泡沫鎳來制備超小氫氧化鎳納米片電極，可以獲得較高的比電容和循環(huán)性能。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種超小氫氧化鎳納米片的電極制備方法，包括如下步驟：（1）用切片機(jī)將泡沫鎳切成兩個直徑均為10-15 mm的泡沫鎳圓片；

（2） 將超小氫氧化鎳納米片和聚偏氟乙稀（PVDF）按質(zhì)量比為9:1溶于氮甲基吡咯烷酮中，超聲，形成相對均勻的混合液體；

（3）將上述步驟(1)中的兩個泡沫鎳圓片分別浸入到上述步驟(2)中的液體中，取出后在60 ℃烘箱中干燥24 h；

（4）取上述兩個干燥后的泡沫鎳圓片上下疊壓后在10 Mpa下壓制成電極片。

利用上述方法制備的電極提高了超小氫氧化鎳納米片的電化學(xué)性能，本方法制備的以超小氫氧化鎳納米材料為活性物質(zhì)的電極在5 A g^-1的電流密度下，容量高達(dá)1165.6 F g^-1，循環(huán)1000圈后容量仍保持在83.3 %，而用傳統(tǒng)的方法制備的電極，循環(huán)1000圈后其容量保持率僅為59.1 %，可見這種制備電極的方法具有一定的應(yīng)用前景。

本發(fā)明在電極的制備過程中引入雙層泡沫鎳體系，雙層泡沫鎳在該電極中既充當(dāng)集流體的角色還起到了導(dǎo)電劑的作用，使得超小氫氧化鎳納米片能夠充分地接觸泡沫鎳，從而提高了氫氧化鎳納米材料的導(dǎo)電性能，使得其利用率在充放電過程中得到了極大的提高，因此能夠展現(xiàn)超小氫氧化鎳納米片優(yōu)異的電化學(xué)性能。

附圖說明

圖 1 是本發(fā)明中所用的超小氫氧化鎳納米片的X射線衍射譜。

圖 2 是本發(fā)明中所用的超小氫氧化鎳納米片的透射電子顯微鏡照片。

圖 3是電極在5 A g^-1的電流密度下測得的循環(huán)效率圖。

圖4是電極在不同電流密度下的恒電流充放電圖。

圖 5 是電極在不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做出進(jìn)一步地說明。

一種超小氫氧化鎳納米片的電極制備方法，包括如下步驟：

（1） 用切片機(jī)將泡沫鎳切成兩個直徑均為10-15mm（可選擇10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm）的泡沫鎳圓片；