一種用于超級電容器電極材料的制備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及無機材料合成及其在電化學領域的應用，具體涉及一種用于超級電容器電極材料的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002]超級電容器又稱為電化學電容器，是一種新型的儲能器件，其性能優于傳統的物理電容器和蓄電池，其優異的性能被認為是能量儲存領域的一項革命性發展。
[0003]就超級電容器的研宄和開發而言，總體而言可分成三部分:I)高比容，高導電性和穩定性的電極材料的開發；2)具有高電壓窗口的電解液的開發；3)新穎結構的超級電容器的設計，如非對稱電容器。材料決定性能，電極材料對超級電容器的性能起著至關重要的作用。目前研宄的活性電極材料包括:碳材料、過渡金屬氧化物與氫氧化物、導電聚合物、金屬鹵化物等等。過渡金屬氧化物(如Ru02，Mn02，Co304，NiCo204)由于價格低廉，性能優異吸引了研宄者更多的注意。其中NiCo204具有高電導率和高比容，成為2010年以來研宄的熱點。為提高鈷酸鎳的性能，研宄者采用了諸多的制備方法如溶膠凝膠，水熱，電沉積等制備了各種不同形貌和不同結構的鈷酸鎳電極材料(J.Mater.Chem.A, 2014，2，14759)。離子摻雜無論是金屬摻雜還是非金屬摻雜都是有效改善鈷酸鎳性能的有效方法。本專利中，我們對鈷酸鎳部分磷化處理，得到了摻雜磷的鈷酸鎳電極材料。檢索文獻可知，目前相關的報道有磷化鎳(中國專利 CN1958159A，CN101304089B, CN103566956A，CN 101898754B)，磷化鈷(中國專利CN101992109B)，涉及的方法包括微乳法，水熱法，濺射法等。但是尚未發現采用本專利描述的方法制備磷摻雜的鈷酸鎳并用于超級電容器電極材料的相關報道。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種對鈷酸鎳進行磷化處理，引入非金屬磷，從而得到磷摻雜的鈷酸鎳電極材料及其在超級電容器領域的應用。
[0005]本發明所要解決的技術問題通過以下技術方案予以實現:
一種用于超級電容器電極材料的制備方法包括以下步驟:
(1)將鈷酸鎳和次磷酸鈉按比例置于管式爐中；
(2)在惰性氣氛下，以規定升溫速度升溫到目標溫度下焙燒；
(3)而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的電極材料。
[0006]步驟(I)中所述的鈷酸鎳為鈷酸鎳粉末，或者已經負載在碳材料、泡沫鎳上的鈷酸镲。
[0007]步驟(I)中所述的鈷酸鎳與次磷酸鈉的摩爾比為(Ni+Co) /P=1: 5~25。
[0008]步驟(2)中所述的惰性氣體為氮氣或者氬氣；升溫速率為1~5 °C/min ;所述的焙燒溫度為300~500 0C ;所述的焙燒時間為1~5 ho
[0009]本發明還提供上述制備方法制備的磷摻雜的鈷酸鎳復合電極材料在超級電容器中的應用。
[0010]本發明具有如下有益效果:
本發明提供的制備方法的原料廉價易得，合成工藝簡單易實現，產品質量穩定且工藝重復性能好。本發明制備的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料具有優異的超級電容性能。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的實施例8所制備的磷摻雜的鈷酸鎳的SEM圖。
[0013]圖2為本發明的實施例8所制備的磷摻雜的鈷酸鎳的EDS能譜圖。
[0014]圖3為本發明的實施例8所制備的磷摻雜的鈷酸鎳的循環伏安性能圖。
[0015]圖4為本發明的實施例8所制備的磷摻雜的鈷酸鎳的的充放電性能圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的說明。
[0018]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0019]實施例1
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:5置于管式爐中，在氮氣氣氛下，以I °C/min的升溫速度升溫到300 °C焙燒5 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0020]注:(Ni+Co)/P摩爾比在本專利中表示鈷酸鎳(NiCo2O4)中所含的Ni和Co的摩爾數之和與次磷酸鈉中所含的P元素的摩爾比，下同。
[0021]實施例2
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:10置于管式爐中，在氮氣氣氛下，以5 °C/min的升溫速度升溫到400 0C焙燒2 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0022]實施例3
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:15置于管式爐中，在氮氣氣氛下，以2 °C/min的升溫速度升溫到350 °C焙燒3 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0023]實施例4
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:15置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以4 °C/min的升溫速度升溫到450 °C焙燒2 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0024]實施例5
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:20置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以4 °C/min的升溫速度升溫到500 °C焙燒I h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0025]實施例6
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:25置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以I °C/min的升溫速度升溫到500 °C焙燒I h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0026]實施例7
將鈷酸鎳粉末和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:25置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以2 °C/min的升溫速度升溫到350 °C焙燒3 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0027]實施例8
將負載在碳纖維紙上的鈷酸鎳和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:25置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以2 °C/min的升溫速度升溫到350 °C焙燒3 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0028]實施例9
將負載在碳纖維布上的鈷酸鎳和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:20置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以5 °C/min的升溫速度升溫到400 °C焙燒2 h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0029]實施例10
將負載在泡沫鎳上的鈷酸鎳和次磷酸鈉按照(Ni+Co)/P摩爾比為1:25置于管式爐中，在氬氣氣氛下，以3 °C/min的升溫速度升溫到400 0C焙燒2h，而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料。
[0030]實施例11
采用電化學工作站，三電極測試方式，以2 mo I/L的KOH溶液為電解液進行電化學性能測試。以實施例8制備的電極材料為例，測試的活性材料的SEM和EDS能譜如圖1，2所示，得到的循環伏安曲線如圖3所示，充放電性能如圖4所示，在電流密度為8 mA cm—2的條件下其超級電容性能分別為0.95 F cm—2。
[0031]以上所述實施例僅表達了本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制，但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術方案，均應落在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于超級電容器電極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將鈷酸鎳和次磷酸鈉按比例置于管式爐中； (2)在惰性氣氛下，以規定升溫速度升溫到目標溫度下焙燒； (3)而后自然冷卻到室溫，即可得到所述的電極材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的鈷酸鎳為鈷酸鎳粉末，或者已經負載在碳材料、泡沫镲上的鈷酸镲。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的鈷酸鎳與次磷酸鈉的摩爾比為(Ni+Co)/P=l:5~25o
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的惰性氣體為氮氣或者氬氣；升溫速率為1~5 °C/min ;所述的焙燒溫度為300~500 0C ;所述的焙燒時間為1~5h0
5.權利要求1所述的制備方法制備的電極材料在超級電容器中的應用。
【專利摘要】本發明公開了一種用于超級電容器電極材料的制備方法及其應用，該電極材料的制備方法包括以下步驟：將鈷酸鎳與次磷酸鈉按比例置于管式爐中，在惰性氣氛下于300~500oC焙燒1~5h，冷卻后即得到所述電極材料；上述制備方法制備的磷摻雜的鈷酸鎳復合電極材料應用在超級電容器中；本發明的制備方法原料廉價易得，合成工藝簡單易實現，產品質量穩定且工藝重復性能好；本發明制備的磷摻雜的鈷酸鎳電極材料具有優異的超級電容性能。
【IPC分類】H01G11-86, H01G11-30
【公開號】CN104766725
【申請號】CN201510108275
【發明人】鐵津津, 孫明, 孫瑋駿, 鄧松輝, 李柏燁, 余林, 葉飛, 成曉玲
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月12日