專利名稱：鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的制備方法，特別涉及乙醇-水體系中采用電沉積法制備一種鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
超級電容器是一種介于蓄電池和傳統(tǒng)介電質(zhì)電容器之間的新型的儲能元件，具有高比能量、良好的可逆性和長循環(huán)壽命，以其潛在應(yīng)用于混合型或純電動汽車為背景而為人矚目。超級電容器容量的不斷提高，對電極材料儲電量的要求也越來越高。氫氧化鎳由于具有較好電容性能近年來弓I起廣泛關(guān)注。純的氫氧化鎳電極材料的活性物質(zhì)利用率較低，充放電過程中穩(wěn)定性較差。為了提高活性物質(zhì)的利用率，改善電極性能，須加入活性添加劑。在氫氧化鎳電極中添加的元素主要有Co、Cd、Zn、Mn等。常用的添加方式為直接在Ni (OH)2粉末中摻入相應(yīng)鹽或在電極表面包復(fù)一層金屬的氫氧化物或氧化物，但這兩種方法存在工藝復(fù)雜、混合不均一、粒徑較大等缺點，故本發(fā)明采用制備方工藝更簡單的電沉積法。電沉積法是在外加電源的作用下，在陰極上還原析氫產(chǎn)生0H—，與沉積液中的Ni2+ 反應(yīng)生成氫氧化鎳在陰極沉積析出。電沉積法的優(yōu)點是制備方法簡單，工藝條件易控，能夠利用共沉積技術(shù)在沉積物中摻入活性添加劑。本發(fā)明直接在基體上沉積電極材料，省去了將電極材料涂覆在基體的工序及涂覆電極材料時膠黏劑的使用，使電極材料在基體上分布更均勻、利用率更高，避免了膠黏劑的加入對電極材料電阻的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決純氫氧化鎳循環(huán)穩(wěn)定性差，現(xiàn)有的復(fù)合工藝復(fù)雜等技術(shù)問題；而提供了鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法.本發(fā)明中鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將泡沫鎳基體材料用乙醇或丙酮清洗，再用雙輥機壓制成薄片，烘干備用；步驟二、按Ni (NO3)2 · 6H20 與 Co (NO3)2 · 6H20 摩爾比為 1 (0. 05 0. 9)、 Ni (NO3) 2 · 6H20 與 Zn (NO3) 2 · 6H20 摩爾比為 1 (0. 0005 0. 03)、Ni (NO3) 2 · 6H20 與蒸餾水的摩爾比為1 (3 30)、Ni(NO3)2 · 6H20與乙醇的摩爾比為1 (1 13)的配比將 Ni (NO3)2 · 6H20、Co (NO3)2 · 6H20、Zn (NO3) 2 · 6H20、蒸餾水和乙醇混合，在 100 200rpm 條件下攪拌0. 1 lh，獲得電沉積液；步驟三、以步驟一處理后的泡沫鎳基體材料為陰極，以石墨電極為陽極，在步驟二所得到的沉積液中進(jìn)行電沉積，沉積電壓為1. 5 4V，沉積時間為0. 5 池，得到鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料。本發(fā)明獲得的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料在沉積時形成Ni^xC0xZny(OH)2固溶體，改善了氫氧化鎳的晶體結(jié)構(gòu)，其中加人鋅能夠增強M-O鍵，增強鎳原子和氧原子相互作用，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于循環(huán)壽命，降低氫氧化鎳的電離能，從而提高躍遷能，即促進(jìn)電子在體系中的傳遞，同時鋅在強電解液中可以溶出，形成一些孔隙，降低質(zhì)子擴散極化，有利于質(zhì)子擴散，顯著改善氫氧化鎳的電位性能；加入鈷可以提高放電電位，增強電極材料導(dǎo)電性降低歐姆極化，提高活性材料的利用率，提高氧氣析出過電位，即提高充電效率。本發(fā)明直接在基體上沉積電極材料，省去了涂覆工序及膠黏劑的使用，也使電極材料在基體上分布均勻。該方法工藝簡單、易行，成本低，制備的電極材料電化學(xué)性能優(yōu)異。采用循環(huán)伏安法測得鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料單電極的比電容最高值達(dá)到 4653. 94F/g。以鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料為正極與活性碳負(fù)極組成超級電容器，在 7. 5mA/cnf2放電電流下最大比電容為347. 56F/g。


圖1是試驗一制備得到的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的循環(huán)伏安測試圖； 圖2是以鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極為正極，與活性碳負(fù)極組成超級電容器，恒流充放電測試圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將泡沫鎳基體材料用乙醇或丙酮清洗，再用雙輥機壓制成薄片，烘干備用，；步驟二、按Ni (NO3)2 · 6H20 與 Co (NO3)2 · 6H20 摩爾比為 1 (0. 05 0. 9)、 Ni (NO3) 2 · 6H20 與 Zn (NO3) 2 · 6H20 摩爾比為 1 (0. 0005 0. 03)、Ni (NO3) 2 · 6H20 與蒸餾水的摩爾比為1 (3 30)、Ni(NO3)2 · 6H20與乙醇的摩爾比為1 (1 13)的配比將 Ni (NO3)2 · 6H20、Co (NO3)2 · 6H20、Zn (NO3) 2 · 6H20、蒸餾水和乙醇混合，在 100 200rpm 條件下攪拌0. 1 lh，獲得電沉積液；步驟三、以步驟一處理后的泡沫鎳基體材料為陰極，以石墨電極為陽極，在步驟二所得到的沉積液中進(jìn)行電沉積，沉積電壓為1. 5 4V，沉積時間為0. 5 池，得到鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一薄片的厚度為 0.5mm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步驟二所述 Ni(NO3)2 ·6Η20與Co(NO3)2 ·6Η20摩爾比為1 (0. 2 0. 6)。其它和參數(shù)與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟二所述Ni(NO3)2 ·6Η20與Zn(NO3)2 ·6Η20摩爾比為1 (0. 0015 0. 03)。其它和參數(shù)與具體實施
方式一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二所述 Ni(NO3)2 ·6Η20與蒸餾水的摩爾比為1 (5 25)。其它和參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟二所述 Ni(NO3)2 ·6Η20與蒸餾水的摩爾比為1 (13 20)。其它和參數(shù)與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二所述 Ni(NO3)2 ·6Η20與乙醇的摩爾比為1 (3 12)。其它和參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二所述 Ni(NO3)2 · 6Η20與乙醇的摩爾比為1 (5 8)。其它和參數(shù)與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八之一不同的是步驟三所述沉積電壓為2 3V。其它和參數(shù)與具體實施方式
一至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至九之一不同的是步驟三所述沉積時間為1. 0 1. 5h00其它和參數(shù)與具體實施方式
一至九之一相同。采用下述試驗驗證發(fā)明效果試驗一鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將泡沫鎳基體材料用乙醇或丙酮清洗，再用雙輥機壓制成0. 5mm 的薄片，烘干備用；步驟二、按Ni (NO3)2 · 6H20與Co (NO3)2 · 6H20摩爾比為1 0. 1、 Ni(NO3)2 ·6Η20 與 Si (NO3) 2 ·6Η20 摩爾比為 1 0. 0075、Ni (NO3) 2 ·6Η20 與蒸餾水的摩爾比為 1 14、Ni (NO3)2 ·6Η20 與乙醇的摩爾比為 1 5 的配比將 Ni (NO3) 2 · 6H20、Co (NO3) 2 · 6Η20、 Zn(NO3)2 ·6Η20、蒸餾水和乙醇混合，在200rpm條件下攪拌0.釙得到電沉積液；步驟三、以步驟一得到的基體材料為陰極，以石墨電極為陽極，在步驟二所得到的沉積液中進(jìn)行電沉積， 沉積電壓為3V，沉積時間為1.池，得到鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料。本試驗制備得到的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的循環(huán)伏安測試圖如圖1所示。由圖1計算得到，鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的比電容*^68.09F/g。以鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極為正極，與活性碳負(fù)極組成超級電容器，恒流充放電測試圖如圖2 所示。由圖2計算得到，在7. 5mA/cm_2放電電流下最大比電容為202. 88F/g。
權(quán)利要求
1.鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法是按下述步驟進(jìn)行的步驟一、將泡沫鎳基體材料用乙醇或丙酮清洗，再用雙輥機壓制成薄片，烘干備用；步驟二、按 Ni (NO3)2 …!！力與&^而丄·6Η20摩爾比為 1 (0. 05 0. 9) ,Ni (NO3)2 ·6Η20 與Si(NO3)2 · 6Η20摩爾比為1 (0.0005 0.03)、Ni(NO3)2 · 6Η20與蒸餾水的摩爾比為 1 (3 30)、附(吣3)2.6吐0與乙醇的摩爾比為1 (1 13)的配比將附(而3)2.6!120、 Co (NO3)2 ·6Η20,Ζη (NO3)2 ·6Η20、蒸餾水和乙醇混合，在100 200rpm條件下攪拌0. 1 Ih, 獲得電沉積液；步驟三、以步驟一處理后的泡沫鎳基體材料為陰極，以石墨電極為陽極，在步驟二所得到的沉積液中進(jìn)行電沉積，沉積電壓為1. 5 4V，沉積時間為0. 5 池，得到鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟一薄片的厚度為0. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述Ni (NO3) 2 · 6H20與Co (NO3) 2 · 6H20摩爾比為1 (0. 2 0. 6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述 Ni (NO3) 2 · 6H20 與 Si(NO3)2 · 6H20 摩爾比為 1 (0. 0015 0. 03)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述Ni (NO3)2 · 6H20與蒸餾水的摩爾比為1 (5 25)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述Ni (NO3)2 · 6H20與蒸餾水的摩爾比為1 (13 20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項權(quán)利要求所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述Ni (NO3)2 ·6Η20與乙醇的摩爾比為1 (3 12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項權(quán)利要求所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟二所述Ni (NO3)2 ·6Η20與乙醇的摩爾比為1 (5 8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7權(quán)利要求所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟三所述沉積電壓為2 3V。
10.根據(jù)權(quán)利要求9權(quán)利要求所述的鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，其特征在于步驟三所述沉積時間為1. 0 1.證。
全文摘要
鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的電沉積制備方法，它涉及一種摻雜氫氧化鎳復(fù)合電極材料的制備方法。本發(fā)明要解決純氫氧化鎳循環(huán)穩(wěn)定性差，現(xiàn)有的復(fù)合工藝復(fù)雜等技術(shù)問題。方法如下一、將泡沫鎳基體材料清洗，制成薄片，烘干備用；二、將Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O、蒸餾水和乙醇混合，攪拌，獲得電沉積液；步驟三、以步驟一處理后的泡沫鎳基體材料為陰極，以石墨電極為陽極，在沉積液中進(jìn)行電沉積，得到產(chǎn)品。本發(fā)明直接在基體上沉積電極材料，省去了涂覆工序及膠黏劑的使用，也使電極材料在基體上分布均勻。該方法工藝簡單、易行，成本低，制備的電極材料電化學(xué)性能優(yōu)異。
文檔編號C25D5/00GK102426925SQ20121000108
公開日2012年4月25日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者李博弘, 田園, 趙東宇, 金政 申請人:黑龍江大學(xué)