[發明專利]棒狀氫氧化鎳電極材料、制備方法及其制備的超級電容器

有效

• 申請號: 201910557060.6
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110211813B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 米立偉;衛武濤;王靜;葉婉玉;翟淑寧;崔世忠;陳衛華
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/24;H01G11/84;H01G11/86;C01G53/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種棒狀氫氧化鎳電極材料、制備方法及其制備的超級電容器，以具有高理論比容量的氫氧化鎳為研究對象，選擇硝酸鎳為鎳源，選擇氨水為沉淀劑和絡合劑，選擇蒸餾水為溶劑，選擇氯化鈉為形貌調節劑，利用鹽效應，成功制備了具有一維棒狀結構的氫氧化鎳電極材料。進一步將其作為正極材料，將活性炭作為負極材料，組裝成了非對稱超級電容器，并測試了其電化學性能。本發明提供了一種棒狀結構氫氧化鎳的制備方法，工藝簡單、成本低、環境友好、效率高，適用于工業放大生產。由該棒狀氫氧化鎳組裝的超級電容器展現出了良好的比容、倍率性能和循環穩定性，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及超級電容器電極材料領域，具體涉及一種棒狀氫氧化鎳電極材料、制備方法及其制備的超級電容器。

背景技術

化石燃料推動了工業化的快速發展，但隨之而來的環境污染及其自身的不可再生特性，迫使我們尋找清潔、可持續能源。目前清潔、可持續能源的間歇性導致其不能夠持續使用。因此，開發高效的儲能器件是解決能源危機和環境污染的關鍵所在。超級電容器集合了傳統電容器和電池的優點，有望制備出具有高功率密度、高能量密度且長循環壽命的儲能器件。電極材料作為超級電容器的核心部件，因此開展超級電容器電極材料研發具有長遠的戰略意義。

氫氧化鎳具有高理論比容量、廉價、環境友好、可逆氧化還原活性高等優點，是公認的具有應用前景的超級電容器電極材料之一。其具有層狀晶體結構，在傳統制備方法下其很容易生長成片狀結構。科學家們已經通過控制氫氧化鎳的生長速率，將不同陰離子插入到其層狀晶體結構之間，以提升其自身的離子導電性。但該插層陰離子在充放電過程中容易逃逸，而導致其結構不穩定性。此外，氫氧化鎳自身電子導電性也較低，這就導致其利用率較低，目前報道的氫氧化鎳電極材料的倍率性能、實測比容量和循環穩定性都不是很理想。因此，通過控制制備方法，實現片狀氫氧化鎳到棒狀氫氧化鎳的轉變，將更多活性中心暴露在電解液中，并縮短電子傳輸路徑，將是推動氫氧化鎳工業化進程的新策略。

氯化鈉是一種強電解質，其在水中可以電離出豐富的鈉離子和氯離子，可以改變水溶液的電荷狀態；水的密度隨著氯化鈉溶解量的增加而增大。在氯化鈉水溶液中，根據不同的離子濃度將出現相應的鹽析效應和鹽溶效應。氯化鈉的這些本征特性及其在水溶液中的鹽效應，將會對微納米材料的形貌進行優化調控。

發明內容

本發明提出了一種棒狀氫氧化鎳電極材料、制備方法及其制備的超級電容器，根據不同氯化鈉加入量，通過溫和、綠色的制備方法將片狀氫氧化鎳連續調控為微納米棒狀氫氧化鎳，實現了大規模棒狀氫氧化鎳的制備；并將該系列氫氧化鎳電極材料與活性炭電極組裝成高性能的超級電容器。該發明專利明顯與之前的報道明顯不同，且制備工藝簡單、綠色、易于放大生產，具有很好的應用前景。

實現本發明的技術方案是：

一種棒狀氫氧化鎳電極材料的制備方法，步驟如下：

（1）將鎳鹽溶于蒸餾水中，放在40-80℃的油浴裝置中進行磁力攪拌，得到鎳鹽溶液；

（2）磁力攪拌下將氯化鈉加入步驟（1）得到的鎳鹽溶液中，得到混合溶液；

（3）磁力攪拌下，將氨水逐滴加入到步驟（2）的混合溶液中，之后恒溫油浴，將溶液蒸發至粘稠狀態結束反應；

（4）將步驟（3）粘稠狀產物進行離心、洗滌，然后沉淀干燥得到棒狀氫氧化鎳電極材料。

該氫氧化鎳棒狀結構與片狀結構的比例隨著氯化鎳加入量的不同而發生變化，可以實現純片狀氫氧化鎳到純棒狀氫氧化鎳的連續調控。

所述步驟（1）中鎳鹽為硝酸鎳或氯化鎳，鎳鹽溶液的濃度為0.01-4mol/L。

所述步驟（2）中氯化鈉與步驟（1）鎳鹽的摩爾比為（0.03-0.7）：（0.002-0.02）。

以步驟（1）中1mmol鎳鹽為基準，步驟（3）中氨水的加入量為0.4-40mL。