[發明專利]一種蜂窩狀納米NiCo2

在審

• 申請號: 202011391104.1
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112509817A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 錢建強
• 申請（專利權）人: 桐鄉市吉曼爾信息技術有限公司
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/46;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 嘉興倍創專利代理事務所(普通合伙) 33395
• 代理人: 周闖

本發明涉及超級電容器技術領域，且公開了一種蜂窩狀納米NiCo₂O₄負載氮摻雜介孔碳，作為超級電容器電極材料時，蜂窩狀納米NiCo₂O₄具有更高的比表面積，有利于提高豐富的贗電容活性位點，氮摻雜介孔碳孔隙結構豐富、比表面積巨大，有利于電解液的潤濕，促進電子和離子的遷移和擴散，而氮摻雜在介孔碳中產生石墨氮、吡啶氮和吡咯氮，吡啶氮和吡咯氮可以提供良好的贗電容效應，提高電極材料的實際比容量和超級電容器的能量密度，在氮摻雜介孔碳的修飾作用下，有利于維持NiCo₂O₄的納米蜂窩狀形貌，提高結構穩定性，避免容量快速衰減，在高電流密度和倍率下，仍然具有良好的實際比容量和倍率性能。

技術領域

本發明涉及超級電容器技術領域，具體為一種蜂窩狀納米NiCo₂O₄負載氮摻雜介孔碳的制備方法和應用。

背景技術

超級電容器作為一種能量存儲設備，具有比電池功率密度高、循環壽命長、能量密度等特點，是最重要的能量儲存裝置之一，而對超級電容器的電化學性能影響最大的是其電極材料，可以分為碳電極材料、金屬氧化物電極材料和導電聚合物電極材料，其中金屬氧化物電極材料可以發生可逆的氧化還原反應，并且具有一定的電子導電性，有利于電子和質子的躍遷，實現贗電容的快速可逆過程，并且電極的贗電容氧化還原反應可以深入到電極內部，因此具有很高的理論比容量和更高的能量密度。

其中NiCo₂O₄來源豐富、廉價易得，并且耐腐蝕性良好、不容易發生副反應，同時NiCo₂O₄中含有Co²⁺/Co³⁺和Ni²⁺/Ni³⁺兩種氧化還原電對，具有豐富的氧化還原反應活性位點，可以提供大量的贗電容，是一種極具發展前景的超級電容器電極材料，但是NiCo₂O₄電極材料的倍率性較差，在大電流密度下比電容衰減很快，使得超級電容器在大電流密度下的實際的比電容量降低、循環穩定性較差。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種蜂窩狀納米NiCo₂O₄負載氮摻雜介孔碳的制備方法和應用，解決了NiCo₂O₄電極材料倍率性能和循環穩定性較差的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種蜂窩狀納米NiCo₂O₄負載氮摻雜介孔碳，所述一種蜂窩狀納米NiCo₂O₄負載氮摻雜介孔碳的制備方法如下：

(1)向燒杯中加入去離子水、丙烯腈和衣康酸，置于恒溫反應儀中，加熱至45-55℃，滴加過硫酸銨溶液，恒溫攪拌反應2-3h，抽濾、去離子水和乙醇洗滌，制得丙烯腈-衣康酸共聚物。

(2)向燒杯中加入N,N-二甲基甲酰胺溶液、丙烯腈-衣康酸共聚物和甲苯二異氰酸酯，在60-80℃下恒溫攪拌反應2-4h，再加入聚乙二醇和催化劑二月桂酸二丁基錫，加熱至80-100℃，反應10-20h，然后置于冰水浴中冷卻，加入乙醚溶劑直至大量沉淀析出，抽濾并洗滌，制得聚乙二醇接枝丙烯腈共聚物。

(3)將聚乙二醇接枝丙烯腈共聚物置于氣氛爐中進行預氧化和高溫碳化，得到氮摻雜介孔碳。

(4)向燒杯中加入去離子水、聚乙二醇和氮摻雜介孔碳，超聲分散均勻后加入硫酸鎳和硫酸鈷，繼續超聲分散處理，再加入氨水調節溶液pH至9-10，進行共沉淀反應，靜置陳化20-30h，抽濾并洗滌，得到Ni-Co前驅體負載氮摻雜介孔碳。