本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及超級(jí)電容器的電極材料領(lǐng)域及其制備方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能器件，它采用具有高比表面積的多孔碳材料作為電極或利用電極活性物質(zhì)進(jìn)行欠電位沉積，使其發(fā)生快速、可逆的化學(xué)吸附/脫附或氧化/還原反應(yīng)來(lái)獲得法拉第數(shù)量級(jí)的電容量，因此它既具有電池的能量貯存特性，又具有電容器的功率特性，它比傳統(tǒng)電解電容器的比能量高上千倍，而漏電電流小數(shù)千倍，可充放電10 萬(wàn)次以上而不需要維護(hù)和保養(yǎng)，可用于極大電流瞬間放電的工作狀態(tài)、而不易產(chǎn)生發(fā)熱著火等現(xiàn)象。鑒于超級(jí)電容器具有高比功率、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、充電時(shí)間短、綠色環(huán)保等優(yōu)異特性，目前在很多領(lǐng)域都受到廣泛關(guān)注，它既可以應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域，又可以應(yīng)用于太陽(yáng)能能源發(fā)電系統(tǒng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)、新能源汽車、工業(yè)節(jié)能系統(tǒng)、脈沖電源系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。

而電極材料是決定超級(jí)電容器性能的最重要因素之一，從國(guó)、內(nèi)外的超級(jí)電容器產(chǎn)品來(lái)看，其電極材料主要采用傳統(tǒng)碳系材料，產(chǎn)品的能量密度低。自從加拿大Conway 為首的課題組進(jìn)行以氧化釕等過(guò)渡金屬氧化物電極材料的研究，發(fā)現(xiàn)有著多種價(jià)態(tài)的過(guò)渡金屬氧化物、由于具備贗電容性質(zhì)、能同時(shí)提供較高的能量密度、其電容量是傳統(tǒng)碳系材料的雙電層電容的10～100 倍、且此類電極材料具有高度的充放電可逆性，是前景非常光明的超級(jí)電容器電極材料。在過(guò)渡金屬氧化物中，RuO₂有著很高的比電容，但是它很高的成本、很低的儲(chǔ)量及會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染限制了它的實(shí)際應(yīng)用。其他過(guò)渡金屬氧化物比如MnO₂，NiO和Co₃O₄，也被廣泛研究，這些電極材料比起RuO₂來(lái)說(shuō)，在能量密度相對(duì)低，其中MnO₂有豐富的儲(chǔ)量、較低的成本、環(huán)境友好、具有高理論比電容值，可由于其導(dǎo)電性很差導(dǎo)致其實(shí)際比電容較低。

基于以上，為了得到各方面具有更好特性的超級(jí)電容器電極材料，開(kāi)發(fā)新的電極材料可以考慮兩種途徑，一是尋找新材料；二是對(duì)已有材料進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)材料間的協(xié)同作用克服單組分的缺點(diǎn)，以期得到理想的電極材料。其中新材料除了本身可以作為超級(jí)電容器電極材料，其和傳統(tǒng)材料的復(fù)合可以帶來(lái)更多可能的選擇。不斷開(kāi)發(fā)新而有用的材料是解決能源問(wèn)題的重大突破口。

由于過(guò)渡金屬氧化物電極材料在能量密度上占有一定的優(yōu)勢(shì)，科研工作者們總是嘗試著研究各種過(guò)渡金屬氧化物，而碲化物、硒化物等傳統(tǒng)過(guò)渡金屬氧化物具有更好的導(dǎo)電率，可能具有更高的電化學(xué)效率，對(duì)它的研究可以極大拓展超級(jí)電容器電極材料的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明在目前超級(jí)電容器電極材料的基礎(chǔ)上，旨在研究開(kāi)發(fā)出一種可應(yīng)用于超級(jí)電容器電極的新材料，提供一種應(yīng)用于超級(jí)電容器的碲化鎳電極材料及其制備方法。

本發(fā)明提供了一種用于超級(jí)電容器電極材料的NiTe2的制備方法，包括如下步驟：

1）稱量碲源和鎳源；將稱量物質(zhì)放入反應(yīng)釜中，加入還原劑和溶劑，攪拌形成混合溶液；其中碲源為Te粉末，鎳源為六水合硫酸鎳或六水合硝酸鎳，還原劑為水合肼，溶劑為去離子水或乙醇；

2）放入泡沫鎳片于混合溶液中；將反應(yīng)釜放入加熱爐，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間；之后讓反應(yīng)釜隨爐冷卻；取出鎳片；

3）用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗鎳片，之后放入 60℃的干燥箱中干燥，最后得到干燥的鎳片；在鎳片表面就形成了最終的NiTe₂材料。

進(jìn)一步地，步驟1）所用反應(yīng)物碲源和鎳源的摩爾比為1.3～2，每毫摩鎳源分別添加100ml的還原劑水合肼，還原劑與溶劑的體積為1：1。

進(jìn)一步地，步驟2）中反應(yīng)溫度為100℃，反應(yīng)時(shí)間10~24小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)。

進(jìn)一步地，所述溶劑為去離子水。

本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述制備方法制得的用于超級(jí)電容器電極NiTe₂材料；在Ni襯底上，NiTe₂形成豎直排列的納米片、納米片彼此交叉連通、形成三維多孔的納米墻結(jié)構(gòu)；且所述NiTe₂用作超級(jí)電容器電極材料時(shí)，其電荷轉(zhuǎn)移電阻低至0.021 ohm，恒流充放電1000次循環(huán)后均能保持100%電容。

本發(fā)明的有益成果在于：

1）本發(fā)明制備工藝非常簡(jiǎn)單、制備方法的反應(yīng)條件易于控制、耗時(shí)短，生產(chǎn)成本低、設(shè)備資金投入少，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

2）本發(fā)明制備的NiTe₂生長(zhǎng)于泡沫鎳網(wǎng)上，利用泡沫鎳網(wǎng)多孔的結(jié)構(gòu)獲得較大的電極比表面積，增強(qiáng)制得的NiTe₂材料的電化學(xué)性能。

3）本發(fā)明制備的電極襯底鎳網(wǎng)具有較好的導(dǎo)電性，直接在鎳網(wǎng)上生長(zhǎng)可以最小化電極的電阻，減少不必要的阻抗。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制得的NiTe₂測(cè)得的XRD相圖。

圖2為實(shí)施1制得的NiTe₂的測(cè)得的SEM圖。

圖3為實(shí)施例1測(cè)得的5、10、20、30mV/s的掃描速度下的循環(huán)伏安曲線。

圖4為實(shí)施例1的恒電流充放電測(cè)試曲線。

圖5為實(shí)施例1制得的NiTe₂為電極材料的超級(jí)電容器測(cè)試的EIS能譜圖。

具體實(shí)施方式

下面以具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1～4的實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1、按照表一中的摩爾數(shù)稱量碲源（Te粉）和鎳源；將稱量物質(zhì)放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入還原劑水合肼和適量的溶劑，攪拌形成混合溶液；具體用量和溶劑的選擇如表1中所示；

2、放入泡沫鎳片于混合溶液中；將反應(yīng)釜放入加熱爐，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間；之后讓反應(yīng)釜隨爐冷卻；取出鎳片；

3、用無(wú)水乙醇和去離子水反復(fù)清洗鎳片，之后放入 60℃的干燥箱中干燥，最后得到干燥的鎳片；在鎳片表面就形成了最終的NiTe₂材料。

本發(fā)明列舉四個(gè)實(shí)施例，各實(shí)施例按照上述步驟，且各實(shí)施例各步驟依照下面表1中的原料和工藝參數(shù)進(jìn)行。

表1：各實(shí)施例和對(duì)比例的原材料和工藝參數(shù)表

為進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明，對(duì)各實(shí)施例制得的碲化鎳材料進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證其超級(jí)電容器應(yīng)用性能。

1）XRD測(cè)試：將各實(shí)施例及對(duì)比例制得的最終產(chǎn)物進(jìn)行XRD測(cè)試，如圖1為實(shí)施例1測(cè)得的XRD相圖，峰位與NiTe2標(biāo)準(zhǔn)圖像符合，說(shuō)明反應(yīng)產(chǎn)物以NiTe₂ 為主，同時(shí)，Ni峰位明顯，該Ni峰位應(yīng)為襯底鎳網(wǎng)。測(cè)試表明實(shí)施例2～4的XRD相圖均與圖1類似，均制得了最終材料為NiTe₂。

2） SEM測(cè)試：將各實(shí)施例及對(duì)比例制得的NiTe₂材料進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)試，如圖2為實(shí)施例1測(cè)得的SEM圖，顯示所制得的NiTe₂形成豎直排列的納米片，納米片彼此交叉連通，形成三維多孔的納米墻結(jié)構(gòu)。

3）電化學(xué)性能測(cè)試：將各實(shí)施例最后在表面長(zhǎng)有NiTe₂的鎳片分別制成電極片裝配成三電極體系進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試、恒流充放電測(cè)試，循環(huán)充放電測(cè)試和交流阻抗測(cè)試。

圖3分別為實(shí)施例1測(cè)得的5、10、20、30mV/s的掃描速度下的循環(huán)伏安曲線，圖3表現(xiàn)出了氧化峰和還原峰，說(shuō)明NiTe₂的存在有贗電容性質(zhì)和超電應(yīng)用性能。其中實(shí)施例1測(cè)得的循環(huán)伏安曲線相比實(shí)施例2的峰位更高，圖像也更穩(wěn)定，實(shí)施例1相比實(shí)施2，使用去離子水為溶劑，反應(yīng)物在水中有較好的溶解能力和輸運(yùn)作用。實(shí)施例3實(shí)施例4測(cè)試均表現(xiàn)出了氧化峰和還原峰，實(shí)施例3相比實(shí)施例4的峰形更為飽滿，兩者使用的鎳源不一樣，硝酸鎳相比硫酸鎳更為優(yōu)選。

圖4為實(shí)施例1的恒電流充放電測(cè)試曲線，電流密度為10或20mA/cm2，電壓范圍為 0-0.5V。從圖中可以看出電壓隨時(shí)間變化非線性關(guān)，說(shuō)明電極表面上主要發(fā)生的是準(zhǔn)法拉第反應(yīng)，即 有贗電容產(chǎn)生，與循環(huán)伏安曲線測(cè)試相吻合；計(jì)算其比電容，在10或20mA/cm²電流條件下，實(shí)施1比電容為70.8 F/g和90.3F/g、實(shí)施例2比電容為39.5 F/g和45.0F/g，實(shí)施例3比電容為40.6 F/g和59.4F/g, 實(shí)施例4比電容為42.36 F/g和54.43F/g。

對(duì)各實(shí)施例進(jìn)行了交流阻抗測(cè)試測(cè)試（EIS能譜圖）其電荷轉(zhuǎn)移阻抗，如圖5為實(shí)施例1制得的NiTe₂為電極材料的超級(jí)電容器測(cè)試的EIS能譜圖，從中可以計(jì)算出，其電荷轉(zhuǎn)移電阻為0.021 ohm，具有很小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，實(shí)施例2為0.025 ohm， 實(shí)施例3為0.031 ohm，實(shí)施例4為0.027 ohm。對(duì)各實(shí)施例制得NiTe2為電極材料的超級(jí)電容器進(jìn)行多次恒流充放電測(cè)試驗(yàn)證其循環(huán)穩(wěn)定性試驗(yàn)，1000次循環(huán)后各實(shí)施例均能保持100%電容，具有非常優(yōu)異循環(huán)穩(wěn)定性能。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。