本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于超級電容器電極材料的二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法。

背景技術(shù)：

近年，由于人口的快速膨脹，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，以及傳統(tǒng)的石油、天然氣等不可再生能源日趨枯竭，所以目前已有的傳統(tǒng)能源系統(tǒng)越來越不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，如何解決能源枯竭現(xiàn)象，是人類當(dāng)前面對的巨大問題之一。同時(shí)，燃燒石化類能源會造成溫室效應(yīng)、環(huán)境惡化等一系列環(huán)境問題，這使得科研工作者的重心轉(zhuǎn)向綠色可再生的新型能源，所以發(fā)展可持續(xù)和再生能源已成為應(yīng)對全球能源快速消耗及環(huán)境變化等嚴(yán)峻課題的重要任務(wù)。傳統(tǒng)的太陽能和風(fēng)能作為最具有發(fā)展前景的新能源引起了學(xué)者們極大的興趣，并也得到了快速發(fā)展，然而這些能源并不穩(wěn)定，比如太陽能在夜晚不能產(chǎn)生能量，風(fēng)能的提供也存在不確定性，因此需要儲能系統(tǒng)對能量進(jìn)行存儲后再加以利用。而超級電容器作為最新一代清潔化學(xué)電源，因其具有功率密度高，循環(huán)壽命長，可快速充放電，重量輕，體積小等優(yōu)點(diǎn)，引起各界科研工作者的高度關(guān)注。

超級電容器(supercapacitor)，通常也被稱為法拉第準(zhǔn)電容器、電化學(xué)電容器或雙電層電容器。但超級電容器與傳統(tǒng)電容器的儲能機(jī)理不同，它是通過電解液和電極間的界面和電極內(nèi)部或表面可逆的氧化還原反應(yīng)存儲電荷，其性能于傳統(tǒng)電容器和二次電池之間，具有高于傳統(tǒng)靜電電容器的能量密度和蓄電池的功率密度，其容量可達(dá)到幾百法拉甚至上千法拉。此外，超級電容器具有使用壽命長、工作溫度范圍寬及對環(huán)境無污染等特點(diǎn)，是一種既高效實(shí)用又方便環(huán)保的能量存儲裝置。

電極材料作為超級電容器的重要組成部分，是影響超級電容器電化學(xué)性能的主要因素之一。電極材料的電化學(xué)性能是由物理與化學(xué)性能共同決定的。目前，電極材料的選取原則：比表面積大；內(nèi)阻??；與電解液相容性好；原料來源廣，成本低廉。許多材料可以作為超級電容器的電極材料，常見的分為三大類：碳材料；過渡金屬氧化物材料；導(dǎo)電聚合材料。一般而言，金屬氧化物作為超級電容器電極材料相比于常規(guī)碳材料具有更大的能量密度，相對于導(dǎo)電聚合物具有更優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)金屬氧化物由于具有較豐富的氧態(tài)來完成還原反應(yīng)中電荷轉(zhuǎn)移，因此被當(dāng)作最具有潛力的贗電容極材料。

目前，主要的金屬氧化物電極有ruo、co3o4、nio、mno及二元nico2o4等。二元過渡金屬氧化物的導(dǎo)電性較好，所以該材料具有高的比電容和倍率性能，是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)材料。目前合成鈷鎳氧化物常見的方法有溶液沉淀、水熱合成和電鍍法。有研究者采用水熱合成尺寸為10μm的海膽形nico2o4。有研究者以nicl2、cocl2、尿素和十六烷基三甲基溴化銨為原料，在100℃的條件下合成nico2o4前驅(qū)體，然后在300℃加熱生成nico2o4粉體。有研究者首先通過電沉積法合成nico2o4前驅(qū)體，然后在300℃加熱反應(yīng)2h生成片層nico2o4，測得通過該方法合成的片層nico2o4在電流密度為2a/g下的比電容可達(dá)到2010f/g。有研究者通過電沉積方法制備了核殼結(jié)構(gòu)的nico2o4/cnts電極。有研究者通過液相沉淀法也可以合成核殼結(jié)構(gòu)的nico2o4/cnts電極材料。但這些合成法需要都先制備二元鈷鎳氧化的前驅(qū)體，然后在馬弗爐中加入使前驅(qū)體轉(zhuǎn)變?yōu)槎掓囇趸锓垠w，步驟較為繁瑣，制備時(shí)間較長，制備效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，能夠一步合成co1.29ni1.71o4粉體，縮短了制備時(shí)間，提高制備效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，將鎳鹽、鈷鹽和堿性鈉鹽配制成混合鹽水溶液，再向混合鹽水溶液中滴加過氧化氫水溶液，滴加后進(jìn)行超聲獲得混合溶液，然后將所述混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，將水熱反應(yīng)后的沉淀物進(jìn)行純化即可得到co1.29ni1.71o4粉體。

本發(fā)明通過原料的選擇，經(jīng)過水熱反應(yīng)一步即可獲得co1.29ni1.71o4粉體，無需煅燒，工藝簡單，合成速度快，合成粉體的粒度均勻，同時(shí)具有較高的比電容。

本發(fā)明的目的之二是提供一種上述制備方法在制備超級電容器的電極材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明通過水熱合成法合成納米co1.29ni1.71o4粉體，不需要煅燒氧化，工藝簡單，合成速度快、生產(chǎn)成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)。

(2)本發(fā)明采用水熱合成法所得的成納米co1.29ni1.71o4粉體純度高，粒度均勻，平均粒徑20nm。

(3)本發(fā)明采用水熱合成法所得的成納米co1.29ni1.71o4粉體，具有較高的比電容，在電流密度為1a/g時(shí)，比電容可以達(dá)到503f/g?？梢詰?yīng)用于新能源領(lǐng)域，如可以作為超級電容器的電極材料。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為實(shí)施例1制備的co1.29ni1.71o4粉體的x射線衍射(xrd)圖譜；

圖2為實(shí)施例1制備的co1.29ni1.71o4粉體的透射電子顯微鏡(tem)圖片。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本發(fā)明中所述的鎳鹽為能夠被水溶解產(chǎn)生鎳離子的化合物，例如氯化鎳、硝酸鎳等。

本發(fā)明中所述的鈷鹽為能夠被水溶解產(chǎn)生鈷離子的化合物，例如氯化鈷、硝酸鈷等。

本發(fā)明中所述的堿性鈉鹽為有機(jī)酸根陰離子與鈉陽離子結(jié)合的化合物，該化合物的水溶液為弱堿性，例如乙酸鈉、檸檬酸鈉等。

本發(fā)明中所述的水熱反應(yīng)是指在密封的壓力容器中，以水為溶劑，在高溫高壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。

本發(fā)明中所述的純化為對溶液中沉淀物分離純化的一般步驟，例如：過濾、洗滌、干燥的過程，離心分離、干燥的過程等。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在二元鈷鎳氧化物粉體制備步驟繁瑣的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法。

本申請的一種典型實(shí)施方式，提供了一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，將鎳鹽、鈷鹽和堿性鈉鹽配制成混合鹽水溶液，再向混合鹽水溶液中滴加過氧化氫水溶液，滴加后進(jìn)行超聲獲得混合溶液，然后將所述混合溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，將水熱反應(yīng)后的沉淀物進(jìn)行純化即可得到co1.29ni1.71o4粉體。

首先，本發(fā)明選擇了堿性鈉鹽，能夠使溶液中產(chǎn)生少量氫氧根離子，使少量鎳離子和鈷離子與氫氧根離子結(jié)合，防止了鎳離子和鈷離子的大量沉淀，若采用其他堿性物質(zhì)使鎳離子和鈷離子沉淀，沉淀物顆粒較大，比電容性能較差，無法用于超級電容器電極材料。其次，本發(fā)明選擇了過氧化氫水溶液作為氧化劑，能夠通過水熱反應(yīng)一步合成co1.29ni1.71o4粉體，無需煅燒氧化，工藝簡單，合成速度快，合成粉體的粒度均勻，同時(shí)具有較高的比電容。

優(yōu)選的，鎳鹽、鈷鹽和堿性鈉鹽的摩爾比為1:1:6～1:2:10。能夠節(jié)省原料。

進(jìn)一步優(yōu)選的，鎳鹽、鈷鹽和堿性鈉鹽的摩爾比為1:2:8。

優(yōu)選的，所述混合鹽水溶液中鎳鹽的濃度為2mol/l～6mol/l。

優(yōu)選的，所述過氧化氫水溶液的濃度為10％～25％(質(zhì)量)。能夠在保證安全的前提下，減少原料的使用量。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述過氧化氫水溶液的濃度為20％(質(zhì)量)。

優(yōu)選的，所述混合鹽水溶液與過氧化氫水溶液的體積之比為4:1。

優(yōu)選的，所述超聲的時(shí)間為20～40min。本申請采用超聲，既能夠使鎳離子和鈷離子混合的更均勻，使鈷鎳結(jié)合；又能防止溶液中的顆粒團(tuán)聚，從而控制co1.29ni1.71o4粉體的粒徑。

優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)的條件為，溫度150～200℃，反應(yīng)時(shí)間為1～8h。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)的條件為，溫度180℃，反應(yīng)時(shí)間為4h。

優(yōu)選的，所述純化的過程為過濾、洗滌、干燥。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述干燥的時(shí)間為6～10h。更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述干燥的時(shí)間為8h。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述干燥的溫度為80℃。

由于本申請制備co1.29ni1.71o4粉體的方法簡單，時(shí)間較短，且制備的co1.29ni1.71o4粉體具有較高的比電容，因而本申請?zhí)峁┝艘环N上述制備方法在制備超級電容器的電極材料的應(yīng)用。

為了使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本申請的技術(shù)方案，以下將結(jié)合具體的實(shí)施例詳細(xì)說明本申請的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，步驟如下：

(1)稱取0.3g氯化鎳(nicl2·6h2o)、0.6g氯化鈷(cocl2·6h2o)、0.8g乙酸鈉(ch3coona)加入至水中配成40ml的粉色透明溶液。

(2)向步驟(1)中粉色溶液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的過氧化氫10ml后，超聲30min。

(3)將步驟(2)超聲后的溶液倒入100ml的水熱反應(yīng)釜中，加熱到180℃，保溫4h。

(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品過濾、干燥6h，即得co1.29ni1.71o4粉體。

對獲得的co1.29ni1.71o4粉體進(jìn)行xrd表征結(jié)果如圖1所示，證明合成的物質(zhì)具有co1.29ni1.71o4粉體的結(jié)構(gòu)。

通過透射電子顯微鏡檢測co1.29ni1.71o4粉體的粒徑大小，如圖2所示，制備的co1.29ni1.71o4粉體粒度均勻，平均粒徑20nm。

以制備的co1.29ni1.71o4粉體作為超級電容器的電極材料，并檢測其放電性能，其結(jié)果為，在電流密度為1a/g時(shí)，比電容可以達(dá)到503f/g。

實(shí)施例2

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，步驟如下：

(1)稱取0.3g氯化鎳(nicl2·6h2o)、0.3g氯化鈷(cocl2·6h2o)、0.6g乙酸鈉(ch3coona)加入至水中配成40ml的粉色透明溶液。

(2)向步驟(1)中粉色溶液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的過氧化氫10ml后，超聲30min。

(3)將步驟(2)超聲后的溶液倒入100ml的水熱反應(yīng)釜中，加熱到180℃，保溫8h。

(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品過濾、干燥8h，即得co1.29ni1.71o4粉體。

實(shí)施例3

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，步驟如下：

(1)稱取0.3g氯化鎳(nicl2·6h2o)、0.6g氯化鈷(cocl2·6h2o)、0.8g乙酸鈉(ch3coona)加入至水中配成40ml的粉色透明溶液。

(2)向步驟(1)中粉色溶液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的過氧化氫10ml后，超聲30min。

(3)將步驟(2)超聲后的溶液倒入100ml的水熱反應(yīng)釜中，加熱到200℃，保溫4h。

(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品過濾、干燥10h，即得co1.29ni1.71o4粉體。

實(shí)施例4

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，步驟如下：

(1)稱取0.3g硝酸鎳(ni(no3)2)、0.6g硝酸鈷(co(no3)2)、0.8g乙酸鈉(ch3coona)加入至水中配成40ml的粉色透明溶液。

(2)向步驟(1)中粉色溶液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的過氧化氫10ml后，超聲30min。

(3)將步驟(2)超聲后的溶液倒入100ml的水熱反應(yīng)釜中，加熱到150℃，保溫8h。

(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品過濾、干燥8h，即得co1.29ni1.71o4粉體。

實(shí)施例5

一種二元鈷鎳氧化物粉體的制備方法，步驟如下：

(1)稱取0.3g硝酸鎳(ni(no3)2)、0.3g硝酸鈷(co(no3)2)、2.2g檸檬酸鈉(na3c6h5o7·2h2o)加入至水中配成40ml的粉色透明溶液。

(2)向步驟(1)中粉色溶液中滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％的過氧化氫10ml后，超聲30min。

(3)將步驟(2)超聲后的溶液倒入100ml的水熱反應(yīng)釜中，加熱到180℃，保溫4h。

(4)將步驟(3)反應(yīng)后的樣品過濾、干燥8h，即得co1.29ni1.71o4粉體。

對實(shí)施例2～5的制備獲得的粉體進(jìn)行如實(shí)施例1的表征，實(shí)施例2～5的結(jié)果與實(shí)施例1的表征相近。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。