[發明專利]一種低共熔型離子液體中制備Ni-Co-S電極材料的方法

有效

• 申請號: 201810025090.8
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108305790B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 張啟波;曾俊蓉
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/86
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本發明公開一種低共熔型離子液體中制備Ni?Co?S電極材料的方法，屬于材料制備技術領域，本發明將鎳鹽、鈷鹽和硫鹽前驅體加入到低共熔型離子液體中，經過充分攪拌以后得到離子液體?鎳鹽?鈷鹽?硫鹽復合溶液，通過控制溫度，利用離子液體中鎳/鈷/硫間存在的電極電位差異進行置換沉積，將置換產物經乙醇、去離子水反復沖洗，在真空干燥箱中進行干燥后即可得到電極材料；本發明制備的合金材料具有制備條件溫和，可規模化，廉價、無污染、工藝簡單、產品質量穩定等優勢。

技術領域

本發明涉及一種低共熔型離子液體中制備Ni-Co-S電極材料的方法，屬于材料制備技術領域。

背景技術

超級電容器作為一種重要的能源儲存與轉換的器件，因其具有高功率密度、循環穩定性好、充放電速度快、環境友好等特點而具有重要應用前景，未來有望廣泛應用于便攜式電子設備和混合動力汽車等方面。根據電荷儲存機理可以將超級電容器分為三類：傳統靜電電容器，雙電層電容器和法拉第贗電容器。傳統靜電電容器主要是通過電介質的極化來存儲電荷，它的載流子為電子；雙電層電容器主要利用電極表面可逆的離子吸附來儲存電荷，這類電容器具有很高的功率密度，但是其能量密度較低；法拉第贗電容器是利用電極表面活性物質與電解質發生可逆的氧化還原反應來存儲電荷，它的能量密度是雙電層電容器的數十倍。但是贗電容器的活性物質主要集中在電極表面，其余材料內部的活性物質利用率較低。因此開發新的贗電容器材料，改善導致電極材料上發生電化學反應的因素，確保有利的反應動力和活性材料的利用率是超級電容器材料的關鍵所在。

贗電容器性能好壞決定于它表面電化學反應效率的高低，為了能有效的提高贗電容器的綜合儲能性能即提高其能量密度，關鍵是要增強其比容量，為此研究者提出了許多可行的方法，其中制備納米多孔的材料來增加其活性比表面積是一種常用的方法。由于贗電容儲存電荷的中心僅位于活性材料的表面幾個納米深處，降低材料顆粒尺寸能夠大大增加活性表面進而可以提高材料利用率。然而由于活性材料顆粒尺寸很小，其表面能比較大，在持續循環中往往會發生二次團聚變成較大的顆粒從此失去良好的循環穩定性。因此僅僅依靠減小活性材料尺寸無法獲得良好的綜合性能，設計開發理想的納米結構電極材料仍舊是超級電容器領域亟待解決的關鍵問題。

在實際應用中贗電容材料也應該保持高倍率條件下快速反應的動力，這就要求活性材料表面能夠提供高效的電荷傳輸和質量傳遞。三維結構的納米材料具有超薄的厚度，幾乎全部由表面構成，能夠讓所有的材料參與表面電化學反應，因此是贗電容器理想的電極材料。在眾多贗電容材料中，由于具有較高的比容量、高的電化學氧化還原活性和獨特的層狀結構，鎳基材料被認為是一種最有前景的電極材料。至今為止報道過的三維的納米材料用作超級電容器電極材料的制備工藝復雜，耗時長，所需制備條件苛刻。而本發明一步置換法制備的三維納米材料制備方法簡單，耗時短，對制備所需的條件要求不高，并且與其他材料相比，利用此方法制備的三維的納米材料作電極的超級電容器表現出了超高的比容量、良好的庫倫效率和超長的循環壽命。基于一步置換法制備的三維納米電極材料的制備方法簡單，不需要特殊精密復雜設備，適合工業化生產。

發明內容

本發明提供一種低共熔型離子液體中制備Ni-Co-S電極材料的方法，以泡沫鎳為基體，將泡沫鎳浸泡在以鎳鹽、鈷鹽、硫鹽為前驅體制成的低共熔型離子液體中，通過置換沉積的方法制備出能夠用作超級電容器的電極材料

本發明具有反應條件溫和、可控、廉價、無污染、工藝簡單、產品質量穩定等優勢，本發明通過以下技術方案實現。

一種低共熔型離子液體中制備Ni-Co-S電極材料的方法，具體步驟如下：

（1）在敞開體系下，將真空干燥后的季銨鹽與氫鍵供體按照摩爾比1:（1～6）混合，在60～80℃恒溫條件下攪拌均勻得到低共熔型離子液體，然后將鎳鹽前驅體、鈷鹽前驅體和硫鹽前驅體按照摩爾比1:(0.3～0.5):(0.2～0.5)加入到低共熔型離子液體中，充分攪拌均勻后得到離子液體-鎳鹽-硫鹽復合溶液，其中鎳在低共熔型離子液體中的濃度為0.1mol/L～0.2mol/L；