[發明專利]鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010882953.0
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN114121495A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 付永勝;周焱;賈子昕;魏麗媛;趙思媛;沈伊婷;孫敬文;朱俊武;汪信
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

本發明公開了一種鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料及其制備方法。以中空介孔碳球作為微型納米反應器，通過調控其含量調控鎳鈷錳氫氧化物納米片在中空介孔碳球內外表面的限域生長。該分級球型納米結構使電極材料擁有較高的活性比表面積和較短的離子傳輸路徑，在充放電過程中維持較好的結構穩定性；鎳鈷錳氫氧化物納米片在碳球內外生長，可提高活性材料的堆積密度，提供額外的反應活性位點，在電流密度為1 A g^?1時其比電容達到1455.2 C cm^?3，在電流密度達20 A g^?1時其比電容仍高達1005.0 C cm^?3，表現出較好的倍率性；在電流密度為10 A g^?1的條件下測試其循環性能，5000圈后容量保持率達86.8%，具有很好的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及一種鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料及其制備方法，屬于納米材料制備領域。

背景技術

近幾年由于氣候急劇變化和化石能源面臨枯竭，人們對綠色能源的生產和先進的能量儲存系統開展了更多的研究。在眾多儲能裝置中，超級電容器由于其具備高功率密度、快速充放電和長循環壽命等特性，成為新一代電化學儲能裝置，而電極材料是決定超級電容器性能的關鍵。

過渡金屬氫氧化物具有氧化還原反應位點豐富、結構可調控、低成本和環境友好等特點。相比單金屬氫氧化物，鎳鈷錳三元氫氧化物理論容量高，化學價態豐富，并具有更好的化學穩定性。然而，鎳鈷錳氫氧化物固有的低電導率和較大的體積膨脹特性易使整體電化學性能下降，與碳材料復合可有效解決上述問題。Zhou等人在中空介孔碳球表面包覆了小尺寸超薄氫氧化鎳納米片[Y. Fu, Y. Zhou, Q. Peng, C. Yu, Z. Wu, J. Sun, J.Zhu, X. Wang, Hollow mesoporous carbon spheres enwrapped by small-sized andultrathin nickel hydroxide nanosheets for high-performance hybridsupercapacitors, J. Power Sources 402 (2018) 43-52.]。Liu等人在氮摻雜碳空心球上負載Co₃O₄納米顆粒[T. Liu, L. Zhang, W. You, J. Yu, Core-shell nitrogen-dopedcarbon hollow Spheres/Co₃O₄ nanosheets as advanced electrode for high-performance supercapacitor, Small 14 (2018) 1702407.]。上述方法所制備的復合材料，活性物質僅負載于中空碳球的外表面，內表面未得到充分利用，限制了復合材料的整體電化學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料及其制備方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：本發明所述的鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料，鎳鈷錳氫氧化物納米片在中空介孔碳球內外表面限域生長。

上述鎳鈷錳氫氧化物@中空介孔碳球納米復合材料的制備方法，利用中空介孔碳球作為微納米反應器，鎳鈷錳氫氧化物優先在內部成核生長，隨后在中空介孔碳球的外表面生長，包括以下步驟：

第一步，將鎳、鈷和錳的硝酸鹽混合溶液置于中空介孔碳球前驅體溶液中，攪拌一段時間；

第二步，第一步所得溶液中加入烏洛托品溶液，恒溫反應一段時間，所得產物清洗后干燥，獲得所述的復合材料。

較佳的，中空介孔碳球前驅體溶液通過如下步驟制備：

（1）將正硅酸四乙酯加入到含有無水乙醇、去離子水和氨水的混合溶液中，20~30℃恒溫水浴攪拌一段時間后加入間苯二酚繼續攪拌，再加入甲醛溶液攪拌24 h以上；