[發明專利]針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910880354.2
• 申請日: 2019-09-18
• 公開（公告）號: CN110491684B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 鄒勇進;方淞文;陳玉蓮;向翠麗;徐芬;孫立賢
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/24;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發明公開了一種針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和應用，制備方法為：以苝?3,4,9,10?四羧酸二酐煅燒獲得海綿狀碳作為基體材料，加入硝酸鈷、硝酸鎳和尿素，經水熱反應得到鈷鎳雙金屬氫氧化物，并經原位反應負載于基體碳材料表面，最終得到復合材料。材料作為超級電容器電極材料的應用，在6M KOH溶液下，在0?0.45V的窗口電壓范圍內進行充放電，在放電電流密度為1A/g時，比電容可以達到600?750F/g。本發明以海綿狀碳作為基體材料，提高了材料的導電性和穩定性；針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物負載于基體材料表面，提高了材料的電性能，具有制備工藝簡單，原材料廉價，適于量產；電化學性能良好，可用于超級電容器的電極材料。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，具體涉及一種針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人類社會的快速發展，能源危機越來越受到關注。超級電容器又稱電化學電容器，是基于電極和電解質之間形成的界面來存儲電能的器件，同時也是一種高效、實用的能量儲存裝置。與傳統的普通電容器、二次電池相比，具有功率密度大、快速充放電、循環壽命周期長的優點。超級電容器電極材料一類是碳材料，碳材料具有穩定性良好和大比表面積的特點，但比電容不高限制了它的應用；另一類是贗電容電極材料，過渡金屬氧化物或者氫氧化物。過渡金屬化合物由于導電性和穩定性差，在充放電過程中易發生腐蝕、結構坍塌，也在一定程度限制了其應用；還有一種是上述兩者材料復合成電極材料的研究。

對于過渡金屬化合物類超級電容器中，鈷鎳雙金屬氫氧化物具有較高的理論比容量，得到廣泛的研究，如馮艷艷等人（馮艷艷，黃宏斌，楊文，夏義郎，黃文露.醇-水熱法制備鈷鎳雙金屬氫氧化物及其電化學性能研究[J].化工新型材料，2019，47(06):140-143）制備的純鈷鎳雙金屬氫氧化物片層結構材料，在電解液為2 M的KOH，在1 A/g 電流密度下，比電容達到了586.7 F/g，比電容比較高。此類現有技術的主要解決方案為在水熱合成鈷鎳氫氧化物過程中引入適宜的溶劑來緩解鈷鎳氫氧化物的團聚。但是，該方法存在以下技術問題：1. 純贗電容電極材料本身存在導電性差問題；2. 純贗電容電極材料穩定性不好，在大電流充放電下，容易導致結構坍塌，鈷鎳雙金屬片層材料發生團聚，以致材料比容量迅速下降，沒有根本解決團聚問題。

以石墨烯為代表性的碳材料，它獨特的二維結構使其具有超高的理論比表面積、優異的導電性能和穩定性。如牛玉蓮等人（牛玉蓮，金鑫，鄭佳，李在均，顧志國，嚴濤，方銀軍.石墨烯/鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料的制備及電化學性能研究[J].無機化學學報，2012，28(09):1878-1884.）制備的石墨烯/鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料，在6 M KOH電解液條件下，在0.25 A/g 電流密度下，比電容達到了800.2.7 F/g，比電容比較高。此類現有技術的主要解決方案為通過石墨烯復合鈷鎳氫氧化物來提高材料導電性和穩定性。但是，該方法存在以下技術問題：1. 石墨烯材料制備工藝復雜，實際材料易團聚；2. 石墨烯和雙金屬氫氧化物的片、層結構結合，并沒有能夠很好的解決兩者的團聚問題，能提供氧化還原反應的活性位點較少。

因此，提高鈷鎳雙金屬材料導電性和穩定性，解決材料的團聚問題，為氧化還原反應提供了豐富的活性位點，是當前研究的努力方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料的制備方法及應用。

本發明針對現有技術存在的技術問題，利用三維海綿狀碳作為基體材料復合鈷鎳雙金屬氫氧化物，解決：1.石墨烯和雙金屬氫氧化物材料團聚，能提供氧化還原反應的活性位點較少；2.鈷鎳雙金屬氫氧化物材料團聚。

為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料，采用煅燒碳化和水熱反應相結合的方法，以苝-3，4，9，10-四羧酸二酐煅燒獲得海綿狀碳作為基底材料，加入硝酸鈷、硝酸鎳和尿素，經水熱反應得到鈷鎳雙金屬氫氧化物，并經原位反應負載于基底材料表面，最終得到針狀花鈷鎳雙金屬氫氧化物復合材料。