[發明專利]一種合成鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料的方法和應用

有效

• 申請號: 202010132488.9
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111326348B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 范愛玲;謝登奎;曹小強;龐偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/46;H01G11/86
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種合成鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料的方法和應用屬于超級電容器儲能領域。本發明的方法是將鎳鹽、鈷鹽、鐵鹽溶入乙醇、乙二醇和水的混合溶液中并攪拌均勻，然后把處理過的泡沫鎳浸入上述溶液中，溶劑熱反應一段時間，把覆蓋有反應生成物的泡沫鎳取出烘干后，即可得到鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料。這種方法直接在泡沫鎳上生長電極材料，無粘結劑的使用，增加了導電性和機械穩定性。同時鎳、鈷、鐵三者之間的復合，在發生協同作用的同時，能提高結構穩定性，避免團聚現象的產生，提高表面積。本方法操作簡單，安全環保，可控性強，原料廉價易得，適合大規模生產和工業應用的需要。

技術領域

本發明屬于儲能材料制備技術領域，具體涉及一種合成鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料的方法和應用。

背景技術

電池和電容器是常見的儲能裝置，前者是通過活性材料發生化學反應，將化學能轉化為電能的裝置，具有較高的能量密度，但電池的功率密度有限；電容器是將存儲的電荷吸附在兩邊的極板上進行儲能，功率密度高，但是存儲的能量較少。超級電容器，又稱電化學電容器，是介于傳統電容器與二次電池之間的儲能器件。相比于電池，超級電容器具有更快的充放電速率和更高的功率密度；相比于傳統電容器，其電極材料的來源更加廣泛，器件制作成本較低。

超級電容器通常分為雙電層電容器和法拉第電容器。雙電層電容主要是電荷積聚在碳基材料的表面，而在有限的電容體積內，材料的表面積是有限的，在一定程度上限制了雙電層電容的能量密度。法拉第電容器是通過過渡金屬化合物或導電聚合物等活性物質發生氧化還原反應來積聚電荷，充放電過程中活性物質不會發生消耗，能進行多次充放電，且不會有體積限制，有很好的應用前景。

近年來，由于過渡金屬化合物具有較高的理論比電容和豐富的來源備受關注，但其固有的低電導率和電解液的短擴散距離，總電容只能由電極活性材料的表面部分有效地貢獻，而其里面的部分幾乎不能參與電荷存儲過程，因此導致其電化學性能并不理想。而且目前對過渡金屬基電極材料的研究，大多是單金屬/雙金屬，充放電過程中容易發生團聚現象，且比表面積較小，使其應用嚴重受限。

發明內容

本發明的目的是解決現有金屬氧化物電極材料存在的電荷轉移阻力大，導電性差，并且比容值小等而使其應用嚴重受限的問題，提供一種合成鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料的方法和應用。

一種合成鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料的方法和應用，是按以下步驟完成：

(1)泡沫鎳的預處理：

將泡沫鎳浸入到濃度為1～2mol/L稀鹽酸中20～30min，取出后先用無水乙醇清洗，再用去離子水沖洗，得到去除雜質的泡沫鎳；

(2)配置鎳鈷鐵鹽溶液：

將鎳鹽、鈷鹽、鐵鹽和尿素溶解在乙醇、乙二醇和水的混合溶液中，電磁攪拌器上攪拌13～17min，配置鎳鈷鐵鹽溶液；

(3)溶劑熱反應

將鎳鈷鐵鹽溶液倒入反應釜內，再將預處理的泡沫鎳垂直插入反應釜內，密封反應釜，并將其移入電鼓風干燥箱中進行溶劑熱反應，反應一段時間后，冷卻到室溫，得到覆蓋有反應生成物的泡沫鎳；

(4)干燥

將覆蓋有反應生成物的泡沫鎳取出，用去離子水反復沖洗后，放入電烘箱干燥，得到鎳鈷鐵氧化物三維立式納米片結構電極材料。

進一步的步驟(2)中所述的鎳鹽為六水合硝酸鎳，在溶液中的濃度為0.04～0.09mol/L；鈷鹽為六水合硝酸鈷，在溶液中的濃度為0.04～0.07mol/L；鐵鹽為九水合硝酸鐵，在溶液中的濃度為0.02～0.05mol/L。且鎳鹽、鈷鹽、鐵鹽的總溶液濃度為0.1～0.2mol/L，尿素為0.05～0.08mol/L。

進一步的步驟(2)中所述的乙醇、乙二醇和水的體積比為1:2:3。