[發(fā)明專利]一種多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710142699.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106710889A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藺華林;陳達(dá)明;王愛(ài)民;常興;韓生;韓治亞;陳紅艷;劉平;趙志成;劉玥冉;周嘉偉;許廣文;陳海軍;韋煥明;余焓;盧德力;蔣繼波;邱豐;何忠義;熊麗萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/86;H01M4/48;H01M4/1391;C01G51/04
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31253
• 代理人: 楊軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種氫氧化鈷電極材料，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的石油、天然氣、煤等不可再生能源日益衰竭，同時(shí)在生產(chǎn)和利用它們的過(guò)程中產(chǎn)生大量的污染，使得能源與環(huán)境成為人類可持續(xù)發(fā)展中面臨的兩大主題。尋求可再生的清潔能源，對(duì)于減輕環(huán)境污染和促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。目前，以太陽(yáng)能為代表的可再生清潔能源發(fā)展勢(shì)頭良好，在今后的大規(guī)模利用具有巨大的潛能。然而，利用可再生能源的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化為電能，之后才能可以加以利用。因此，現(xiàn)在主要解決的問(wèn)題就是能量的儲(chǔ)存。近年來(lái)廣泛研究的電能儲(chǔ)存器件主要超級(jí)電容器。相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能器件，它們具有更高的能量密度和功率密度，同時(shí)也有更高的循環(huán)穩(wěn)定性。

目前大多數(shù)商業(yè)化的電極材料主要是以碳材料為主，但是其充放電比較差，比容量低。過(guò)渡金屬氫氧化物具有高的能量密度。但是其缺點(diǎn)就是比表面積差，活性位點(diǎn)少，不利于電子的快速運(yùn)輸。如果通過(guò)把雙金屬氫氧化物的一種金屬刻蝕掉，在其表面造孔，將克服上述兩者的缺點(diǎn)，將大大提高性能，可能在能源器件(超級(jí)電容器、鋰離子電池、燃料電池)上的應(yīng)用發(fā)揮巨大的作用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料及其制備方法。本發(fā)明方法環(huán)境友好，得到的多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料能解決現(xiàn)有技術(shù)中的雙層金屬氫氧化物活性位點(diǎn)少、比表面積低等的缺點(diǎn)，同時(shí)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明首先通過(guò)冷凍干燥得到鈷鋁雙金屬氫氧化物；接著用堿溶液加熱的條件下把氫氧化鋁刻蝕掉，得到多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料。

本發(fā)明具體技術(shù)方案介紹如下。

本發(fā)明提供一種多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)制備鈷鋁氫氧化物

先將硝酸鈷、硝酸鋁、尿素和去離子水?dāng)嚢杌旌系玫交旌先芤海缓髮⑸鲜龌旌先芤阂迫胨疅岣羞M(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行離心、洗滌和凍干，得到鈷鋁氫氧化物；

(2)制備多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷

將上述得到的鈷鋁氫氧化物在去離子水中攪拌分散，接著加入堿溶液，加熱攪拌，把氫氧化鋁充分刻蝕，最后離心分離、烘干，得到多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料。

上述步驟(1)中，硝酸鈷和硝酸鋁的質(zhì)量比為1:3～8:1；硝酸鈷和去離子水的質(zhì)量體積比為1:6～4：3mg/ml；攪拌時(shí)間為15-30min。

上述步驟(1)中，硝酸鈷與尿素的質(zhì)量比為1:1-4:1。

上述步驟(1)中，水熱反應(yīng)溫度為90-120℃，反應(yīng)時(shí)間為12-24h。

上述步驟(1)中，冷凍干燥的時(shí)間為24-48h。

上述步驟(2)中，鈷鋁氫氧化物和去離子水的質(zhì)量體積比為1:10～1:20mg/ml，攪拌分散時(shí)間為15-30min。

上述步驟(2)中，堿溶液為NaOH或者氫氧化鉀溶液；堿溶液摩爾濃度為2-5mol/l，堿溶液和去離子水的體積比為2:1～1:4；加熱溫度是30-60℃，加熱攪拌時(shí)間為4-12h。

上述步驟(2)中，烘干的溫度為60-90℃。

本發(fā)明還提供一種上述制備方法得到的多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料。優(yōu)選的，其比表面積BET在80～120m²/g之間。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的多級(jí)結(jié)構(gòu)氫氧化鈷電極材料通過(guò)利用堿刻蝕雙金屬氫氧化物得到單金屬氫氧化物，克服了雙金屬氫氧化物比表面積小和活性位點(diǎn)少的缺點(diǎn)，不僅循環(huán)穩(wěn)定性好，而且形貌可控性強(qiáng)，具有較高的比電容，是理想的能源材料之一。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1所得的鈷鋁雙金屬氫氧化物粉末掃描電鏡圖。

圖2是實(shí)施例2所得的刻蝕后氫氧化鈷的掃描電鏡圖。

圖3是實(shí)施例2所得的鈷鋁雙金屬氫氧化物和氫氧化鈷X射線衍射圖。

圖4是實(shí)施例2所得的刻蝕后氫氧化鈷電化學(xué)性能圖。

圖5是實(shí)施例3所得的刻蝕后氫氧化鈷的掃描電鏡圖。

圖6是實(shí)施例3所得的刻蝕后氫氧化鈷的掃描電鏡圖。

圖7是實(shí)施例4所得的刻蝕后氫氧化鈷的掃描電鏡圖。

圖8是實(shí)施例2所得的刻蝕后氫氧化鈷的BET曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。

實(shí)施例1