[發明專利]一種錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010761330.8
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111986929A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 孟素慈;徐箐;王銀濤;姜德立;陳敏
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;C01G51/00;C01G53/11;B82Y30/00
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本發明涉及超級電容器電極材料，具體涉及一種以泡沫鎳為基底的錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構復合電極材料的制備方法。本發明通過簡單安全的電沉積法將硫化鎳納米片包覆在錳酸鈷表面，形成以錳酸鈷納米針為核、硫化鎳納米片為殼的核殼陣列結構。該材料可直接用作超級電容器電極，其核殼陣列結構能夠有效促進離子分散與電子傳輸，硫化鎳的引入增大了電極材料的比表面積且增多了有效活性位點，提高了材料的導電性和表面親水性能，進而使所得自支撐核殼陣列結構錳酸鈷/硫化鎳電極材料具有更好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料制備技術領域，具體涉及一種以泡沫鎳為基底的錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構復合電極材料的制備方法和應用。

背景技術

化石燃料的過度消耗帶來的環境污染和能源危機問題已經成為全球性問題。因此，新能源的開發和高性能儲能設備的應用成為目前的研究熱點之一。在眾多儲能設備的研究中，超級電容器因其功率密度高、充/放電迅速、使用壽命長和電化學儲能安全性高而備受關注。

用于超級電容器的材料主要包括碳基材料(活性炭、碳納米管、炭氣凝膠、石墨烯)，過渡金屬(氫)氧化物和導電聚合物。其中，過渡金屬(氫)氧化物具有導電性好、比容量大的優點，但循環穩定性不夠理想。因此，引入不同電極材料進行復合，開發一種兼具優異的電容量、穩定性和循環性的超級電容器電極材料是非常必要的。目前，已有很多關于錳酸鈷或硫化鎳作為超級電容器電極材料的研究，研究內容主要是通過與其他材料的復合，制備各種不同形貌的復合材料，以提高功率密度和能量密度，例如用于超級電容器的納米硫化鎳/氮摻雜多孔碳復合材料的制備方法(申請號：CN202010127566.6)、一種核殼結構的錳酸鈷-摻氮空心碳球復合材料及其制備方法和應用(申請號：CN201910506884.0)，本課題組同樣研究了關于錳酸鈷或硫化鎳相關復合電極材料(申請號：CN201811255584.1、CN201810520846.6)，然而這些電極材料的研究依然存在速率性能低、循環穩定性差等問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種以泡沫鎳為基底的錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構電極材料的制備方法。所得到錳酸鈷/硫化鎳電極材料具有良好的電化學性能及循環穩定性，可用作超級電容器的電極材料。

本發明提供的以泡沫鎳為基底的錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構電極材料的制備方法，采用如下技術方案：

(1)清洗泡沫鎳，備用

將泡沫鎳依次用丙酮、鹽酸、乙醇和去離子水超聲清洗，干燥后得到干凈的泡沫鎳。

(2)制備以泡沫鎳為基底的錳酸鈷納米針陣列材料

稱取鈷鹽、錳鹽、氟化銨和尿素，用去離子水混合并攪拌溶解后得到分散液1；將分散液1轉移至反應釜中，放入泡沫鎳，于120-160℃下水熱反應3-6h；得到生長于泡沫鎳上的錳酸鈷前驅體，用去離子水和乙醇對其進行清洗和干燥。

將所得的錳酸鈷前驅體在溫度為300-500℃的條件下進行熱處理1-3h，即得到以泡沫鎳為基底的錳酸鈷納米針狀陣列結構的電極材料。

(3)制備以泡沫鎳為基底的錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構電極材料

通過電化學沉積法制備了錳酸鈷/硫化鎳三維自支撐核/殼陣列結構復合材料。以步驟(2)中制備所得的以泡沫鎳為基底的錳酸鈷納米針狀陣列結構的電極材料為工作電極、鉑片為對電極、飽和的Ag/AgCl為參比電極；含有CoCl₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和CH₄N₂S的混合水溶液作為沉積用的電解液。沉積技術采用CV法，循環沉積5-30圈。電化學沉積結束之后使用去離子水和乙醇交替洗滌并干燥，即得到錳酸鈷/硫化鎳核殼陣列結構電極材料。