一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料及其制備方法，鈷酸鎳納米線呈蓬松結構包覆在活性炭表面，形成核殼結構的活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料。制備過程：將活性炭用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后備用；將可溶性鎳鹽和可溶性鈷鹽溶于去離子水中，配成混合金屬鹽溶液；將活性炭置于混合金屬鹽溶液中，加入草酸，攪拌均勻后加入氨水調節pH，得到前驅體溶液；再轉入水熱反應釜中反應、過濾、洗凈、干燥、煅燒即得。本發明專利技術具有蓬松的結構，比表面積大，與電解液接充分，電解液離子遷移路徑短的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及材料和電化學領域，具體是一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料及其制備方法。
技術介紹
超級電容器作為一種新型的儲能裝置，因其無可替代的優越性廣泛應用于照明、電子、電力、通信、汽車等領域。超級電容器由于其循環性能好壽、充電快、功率性能好、使用成本低等眾多優點，使其在作為新型移動電源以及電動汽車電源方面具有巨大潛力，有望逐步取代鋰電池。但相比鋰電池，超級電容器的能量密度低，僅為鋰電池的十分之一。因此，如何提高超級電容器的能量密度一直是研究的熱點。超級電容器的能量密度取決于電極材料和電解液的性能，而電極材料更為關鍵，其儲存電荷的能力既與材料的化學種類有關，也與材料的物理形態結構有關。超級電容器有兩種儲能機理：電極表面的雙電層儲能機理和法拉第反應的準電容儲能機理。電極材料的比表面越大，雙電層電容越高。法拉第贗電容產生的能量密度遠遠高于雙電層，但是由于法拉第電容的負極材料一般是過渡金屬氧化物，由于其導電性差應用一直受到制約。因此大多數超級電容器的負極材料以高比表面積的活性炭材料做負極。目前主要從改進提高電極材料的比表面和調節電極材料的中孔/微孔比例來提高能量密度，或者將雙電層原理與法拉第贗電容原理結合來提高能量密度。中國專利CN102101668A公開了一種活性炭電極制備方法，可以制備的活性炭的比表面積高達2523m2/g，中孔率達58.5％。專利CN103114434A公開了將幾種納米金屬氧化物摻雜聚合物修飾活性炭纖維電極，這些方法都使電極比電容得到了顯著提高。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種具有蓬松的結構、比表面積大的活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料及其制備方法，以解決上述
技術介紹
中提出的問題。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料，鈷酸鎳納米線呈蓬松結構包覆在活性炭表面，形成核殼結構。所述活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料的制備方法，包括以下幾個步驟：(1)將活性炭用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后備用；(2)將可溶性鎳鹽和可溶性鈷鹽按照Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的比例溶于去離子水中，配成混合金屬鹽溶液；(3)將活性炭置于混合金屬鹽溶液中，加入草酸，攪拌均勻后加入氨水調節pH值為7.5-8.6，得到前驅體溶液；(4)將步驟(3)的前驅體溶液轉入水熱反應釜中，在30-200℃下反應1-50小時，得到反應物；(5)將步驟(4)中的反應物過濾后用去離子水和無水酒精洗凈且在干燥箱中干燥，得到干燥物；(6)將步驟(5)的干燥物在250-500℃下煅燒1-20小時，即得活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料。作為本專利技術進一步的方案：所述可溶性鎳鹽采用六水氯化鎳、七水硫酸鎳、六水硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種；所述可溶性鈷鹽采用氯化鈷、硫酸鈷、硝酸鈷、六水氯化鈷、七水硫酸鈷、六水硝酸鈷中的一種。作為本專利技術進一步的方案：所述混合金屬鹽溶液是重量溶解度為0.01-25％的鈷鎳離子混合溶液。作為本專利技術進一步的方案：在煅燒過程中，Ni2+與Co2+在空氣氛圍下生成鈷酸鎳納米線，鈷酸鎳納米線包覆在活性炭表面，且鈷酸鎳納米線的含量為活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料質量的1％-50％。作為本專利技術進一步的方案：活性炭的比表面積在20m2/g-5000m2/g，活性炭的粒徑在1μm-1000μm之間。作為本專利技術進一步的方案：活性炭包括化學活化活性炭、物理活化活性炭、分子模板活性炭。作為本專利技術進一步的方案：活性炭包括石油焦系活性炭、酚醛樹脂系活性炭、環氧樹脂系活性炭。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：本專利技術的復合電極材料具有蓬松的結構，比表面積大，與電解液接充分，電解液離子遷移路徑短的特點，用于超級電容器領域。附圖說明圖1是活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料的結構示意圖；圖2是活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料的掃描后的表面形貌圖。圖中：1-活性炭、2-鈷酸鎳納米線。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1步驟(1)，稱取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20與CoCl2·6H2O的摩爾比為1:2。將NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去離子水中,攪拌均勻后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金屬鹽溶液,Ni2+和Co2+總的溶度為0.15mol/L。步驟(2)，稱取87g活性炭1用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后加入步驟(1)配制的混合金屬鹽溶液中，磁力攪拌0.1-2小時。步驟(3)，稱取0.18mol的草酸加入步驟(2)混合液中，超聲攪拌2-5小時，加入氨水調節pH值，保持pH值為8.2。步驟(4)，將步驟(3)的混合液移到水熱反應釜中，在100℃的溫度下水熱反應12小時后過濾出反應物。步驟(5)，將步驟(4)中的反應物過濾后用清水和無水酒精洗盡后烘干即得干燥物。步驟(6)，將步驟(5)的干燥物在450℃下煅燒5小時，即得活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料，在煅燒過程中Ni2+、Co2+形成鈷酸鎳納米線2。實施例2步驟(1)稱取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20與CoCl2·6H2O的摩爾比為1:2。將NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去離子水中,攪拌均勻后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金屬鹽溶液,Ni2+和Co2+總的溶度為0.15mol/L。步驟(2)稱取87g活性炭1用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后加入步驟(1)配制的混合金屬鹽溶液中，磁力攪拌0.1-2小時。步驟(3)稱取0.18mol的草酸加入步驟(2)混合液中，超聲攪拌2-5小時，加入氨水調節pH值，保持pH值為8.0。步驟(4)，將步驟(3)的混合液移到水熱反應釜中，在100℃的溫度下水熱反應12小時后過濾出反應物。步驟(5)，將步驟(4)中的反應物過濾后用清水和無水酒精洗盡后烘干即得干燥物。步驟(6)，將步驟(5)的干燥物在450℃下煅燒5小時，即得活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料，在煅燒過程中Ni2+、Co2+形成鈷酸鎳納米線2。實施例3步驟(1)稱取0.05mol的NiCl2·6H20和0.1molCoCl2·6H2O，NiCl2·6H20與CoCl2·6H2O的摩爾比為1:2。將NiCl2·6H20和CoCl2·6H2O溶于1L的去離子水中,攪拌均勻后配制成含有Ni2+、Co2+的混合金屬鹽溶液,Ni2+和Co2+總的溶度為0.15mol/L。步驟(2)稱取87g活性炭1用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后加入步驟(1)配制的混合金屬鹽溶液中，磁力攪拌0.1-2小時。步驟(3)稱取0.18mol的草酸加入步驟(2)混合液中，超聲攪拌2-5小時，加入氨水調節pH值，保持pH值為7.0。步驟(4)，將步驟(3)的混合液移到水熱反應釜中，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料，其特征在于，鈷酸鎳納米線呈蓬松結構包覆在活性炭表面，形成核殼結構。

【技術特征摘要】
1.一種活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料，其特征在于，鈷酸鎳納米線呈蓬松結構包覆在活性炭表面，形成核殼結構。2.一種如權利要求1所述的活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：(1)將活性炭用稀鹽酸清洗后用去離子水洗凈，干燥后備用；(2)將可溶性鎳鹽和可溶性鈷鹽按照Ni2+/Co2+摩爾比為1:2的比例溶于去離子水中，配成混合金屬鹽溶液；(3)將活性炭置于混合金屬鹽溶液中，加入草酸，攪拌均勻后加入氨水調節pH值為7.5-8.6，得到前驅體溶液；(4)將步驟(3)的前驅體溶液轉入水熱反應釜中，在30-200℃下反應1-50小時，得到反應物；(5)將步驟(4)中的反應物過濾后用去離子水和無水酒精洗凈且在干燥箱中干燥，得到干燥物；(6)將步驟(5)的干燥物在250-500℃下煅燒1-20小時，即得活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料。3.根據權利要求2所述的活性炭/鈷酸鎳納米線復合電極材料的制備方法，其特征在于，所述可溶性鎳鹽采用六水氯化鎳、七水硫酸鎳、六水硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳中的一種；所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：仲林，謝秋生，張鵬昌，丁曉陽，吳志紅，江偉偉，
申請(專利權)人：上海杉杉科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31