[發明專利]一種硫修飾金屬氫氧化物電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810743462.0
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108899214A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 趙麗君;馮利亞;楊曉紅;葉林;鮑澤培
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

一種硫修飾金屬氫氧化物電極材料的制備方法屬電極材料制備技術領域，本發明先制備NaOH/瓊脂凝膠，由于OH^?和凝膠和之間很強的束縛力，導致了其在固液界面的擴散被控制，有利于超薄花狀納米片金屬氫氧化物的形成，然后通過合成Na₂S/瓊脂凝膠，在室溫下通過離子交換的方法在氫氧化物表面生成溶度積更小的NiS/CoS，進而形成性能優異的超薄納米花硫修飾金屬氫氧化物電極材料。本發明所涉及的制備技術不僅具有簡單、經濟、節能的特點，而且摒除了傳統硫化物合成技術產生有毒氣體的危害，具有綠色環保的特點；同時，該電極材料制備的復合超級電容器，由于低成本，生產工藝簡單并具有高的能量密度和良好的循環穩定性，適合工業應用。

技術領域

本發明屬電極材料制備技術領域，具體涉及一種硫修飾金屬氫氧化物電極材料的制備方法。

背景技術

目前，一些電子設備像電動汽車、家用電子產品和便攜式設備已經很大地方便了我們的生活，但是低的使用壽命和能量存儲能力等缺點，限制了它們的廣泛應用。超級電容器，作為一種高效的儲能設備，因其長的循環使用壽命、高的能量密度和快速的充放電性能引起了廣泛的關注。同時，探索高效的電極材料對于提高超級電容器整體的性能起著關鍵性作用。其中，電池型的鎳鈷類氫氧化物具有多種氧化態，高的理論容量和長的放電平臺，因而常被用作制備超級電容器的選材。然而，由于比表面積、孔隙率和材料表面化學組成成分等因素影響著電極材料的實際容量值、導電性和穩定性。一方面，我們需要設計一個擁有充足的內部孔隙和高比表面積的分層結構的電極材料以提高其容量值；另一方面，改善材料表面成分有利于材料導電性和穩定性的提高，其中，鎳鈷含硫化物由于鎳鈷氫氧化物擁有更低的帶隙值而展現出高的導電性和穩定性。因此，需要開發一種有效的方法結合兩者的優點制備出滿足以上優勢的電極材料。眾所周知，傳統硫化物的合成技術一般會產生有毒的氣體，在生產的過程中，對人體和環境造成極大的危害和污染。而且，現有的一些生產技術由于其高的成本，復雜的生產工藝限制了其實際的應用。

基于此，本發明針對上述問題，提出了一種電極材料的制備方法，以硫化鈉/瓊脂凝膠作為一種可控速式的凝膠硫源，在室溫下成功合成一種擁有巨大孔隙和高比表面積的超薄花形硫修飾鎳鈷雙金屬氫氧化物電極材料，另外，這種技術成功避免了硫化物氣體的產生，且生成的含硫產物的性能又實現了超級電容器儲能器件的需要，同時具有生產技術簡單、原料價格低廉和減少能源消耗等優點，因此，該技術集簡單、經濟、節能、高效和綠色無污染于一身。

發明內容

針對現有技術的局限性，本發明提供了一種電極材料的制備方法，具體包括簡易方法制備氫氧化物/硫化物-天然高分子瓊脂凝膠技術和室溫制備硫修飾金屬氫氧化物電極材料工藝，能夠提高超級電容器的電容量、循環穩定性和能量密度。

一、本發明的硫修飾金屬氫氧化物電極材料的制備方法包括下列步驟：

1.1將0.48g的NaOH和0.5g的天然高分子瓊脂超聲分散在10mL的去離子水中，并在85℃下保溫10min，室溫放置4h，冷凝成深褐色的NaOH/瓊脂凝膠；

1.2將0.7g的瓊脂超聲分散到20mL摩爾濃度為0.03mol L^-1的Na₂S溶液中，并在85℃下保溫10min，室溫放置4h，形成淺綠色的Na₂S/瓊脂凝膠；

1.3將按比例準備的六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷和氯化銨溶解于15mL去離子水和50mL N,N-二甲基甲酰胺的混合液中，并將其緩慢地滴入步驟1.1所制得的NaOH/瓊脂凝膠中，暗室放置24h后，將中間層的沉淀物收集、洗滌，即得金屬氫氧化物前驅體；

1.4取出50mg步驟1.3得到的金屬氫氧化物，溶解在40mL的去離子水中，并將其緩慢地滴入步驟1.2制得的Na₂S/瓊脂凝膠中，暗室放置24h后，收集中間層的沉淀物，并洗滌、干燥，得硫修飾金屬氫氧化物電極材料。