一種薄片狀鈣摻雜氫氧化鎳電極材料及其制法和在制備超級電容器中的應用制造技術

一種薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，它是將濃度為10?20g/L的氫氧化鈣漿料和濃度為0.2?0.5mol/L的鎳離子溶液混合發生離子交換反應，將攪拌后的混合體系進行過濾，洗滌并在80℃烘干即得到薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料。該方法得到薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料作為電極材料應用于超級電容器儲能具有比普通方法制備的氫氧化鎳更高的容量和更優異的循環壽命。

A thin sheet of calcium Doped Nickel hydroxide electrode material and its preparation method and application of super capacitor in the system

A thin sheet of calcium doped functional nickel hydroxide electrode material and its preparation method, it is the concentration of calcium hydroxide slurry and the concentration of 10 20g/L for 0.2 0.5mol/L mixed nickel ion solution ion exchange reaction, the mixture stirring after filtering, washing and obtaining the flaky calcium doped functional nickel hydroxide electrode in the 80 drying materials. The method of flake calcium doped functional nickel hydroxide electrode materials used as the electrode materials of super capacitor with nickel hydroxide than ordinary method for preparation of high capacity and excellent cycle life.

【技術實現步驟摘要】
一種薄片狀鈣摻雜氫氧化鎳電極材料及其制法和在制備超級電容器中的應用
：本專利技術屬于功能化無機納米材料的合成及電化學儲能應用領域，涉及一種利用離子交換的方法合成具有薄片狀形貌的鈣摻雜功能化的氫氧化鎳材料及其在電化學超級電容器制備中的應用。
技術介紹
：超級電容器是一種介于傳統電容器和充電電池之間的新型儲能裝置，其作為一種新型的儲能器件具有能量密度高，功率密度高，使用壽命長，使用溫度范圍寬，充電速度快的特點。自1957年來，關于超級電容器的第一篇專利的發表，掀起了世界范圍內對超級電容器的研究熱潮，從此超級電容器逐步走出實驗室，進入廣闊的運用領域。氫氧化鎳是常用的電極材料之一，因其具有高的理論容量，良好的法拉第反應性能，易于合成，來源豐富，環境友好的綜合特性，其作為電極材料用于超級電容器儲能具有良好的應用前景。然而，氫氧化鎳作為電極材料用于超級電容器儲能仍然存在著循環壽命差的問題，這極大的限制了其實際的應用價值。造成差的循環壽命的主要原因是其微觀的結構和形貌在反復的充放電過程中被破壞從而導致了電活性比表面積的下降，因此其循環壽命會發生衰減。迄今為止，提高氫氧化鎳的循環壽命的方法主要是通過在其骨架中摻雜異質離子，用以穩定其微觀結構和形貌。金政等人的專利(申請號：201210001083.7)報道了一種鈷、鋅摻雜氫氧化鎳復合電極材料的制備方法及其優異的電化學性能，但是其所利用的電沉積的制備方法無法實現大規模的制備。Lang等人利用化學沉淀的方法制備了一種鋁摻雜的氫氧化鎳，如文獻J.SolidStateElectrochem.,2010(14),1533-1539所述，但是其所得到的摻雜功能化的氫氧化鎳的循環壽命在經歷1000個循環后僅能保持82％。Huang等人利用水熱的方法制備了鋁摻雜的氫氧化鎳，如文獻J.PowerSources,2013(232),370-375所述，其所得到的摻雜功能化的氫氧化鎳的循環壽命在經歷500個循環后僅能保持53.5％。You等人利用電化學沉積的方法合成出了鋅摻雜的氫氧化鎳，如文獻Appl.Surf.Sci.2012(258),8117–8123所述，其所得到的氫氧化鎳的容量很低僅有860F/g。以上的分析顯示，目前報道的摻雜功能化的氫氧化鎳的電容性能尤其是循環壽命還比較差，距離實際的應用還相差較遠。另外，目前報道的合成氫氧化鎳的方法存在著低效率，成本高，不環保的缺陷，其中大部分報道的合成方法都依賴于額外的熱源和堿源，如李紅芳的專利(申請號：200810071347.X)報道了利用微波作為熱源，利用尿素作為堿源的方法合成氫氧化鎳，何雨石的專利(申請號：200510027345.7)報道了利用水熱為熱源，利用尿素為堿源的方法合成氫氧化鎳。結合以上分析，用一種簡單有效且不依賴于額外的熱源和堿源的方法得到具有高循環壽命的摻雜氫氧化鎳材料仍然存在挑戰。
技術實現思路
：本專利技術提供了一種薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料及其制備方法和其在制備超級電容器中的應用。這種摻雜功能化的氫氧化鎳電極材料可在6.0MKOH電解質中，實現高的電容存儲容量(高達1931F/g)和優異的循環壽命，在高電流密度下，經過10000次的連續充放電后其容量可以保持在95％。本專利技術可以通過如下技術方案實現：一種薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，它包括下列步驟：步驟1、將氫氧化鈣粉體通過攪拌分散在水里，形成氫氧化鈣的漿料，最終得到的漿料的濃度為10-20g/L；步驟2、稱取可溶性鎳鹽作為前體，并將其溶解于水中得到鎳的前體溶液，所制備的前體溶液中鎳離子的濃度為0.2-0.5mol/L；步驟3、將50mL步驟2中制備的前體溶液轉移到50mL步驟1制備的漿料中，繼續攪拌,進行離子交換反應；步驟4、將步驟3得到的混合體系進行過濾，洗滌和烘干得到薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳材料。上述的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，步驟1所述的氫氧化鈣的純度為分析純，攪拌時間為24-48h。上述的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，步驟2所述的可溶性鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳或乙酸鎳。上述的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，步驟3所述的離子交換反應時間為24-72h。一種上述薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法制得的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料。上述的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料在制備超級電容器中的應用。一種采用上述的薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料應用于水體系電解質的超級電容器儲能的測試方法，它包括下列步驟：步驟1、將制備的鈣摻雜功能化的氫氧化鎳材料，導電炭黑和粘結劑(聚四氟乙烯)按照75：20：5的比例進行混合并分散在無水乙醇中得到電極漿料；步驟2、將步驟1得到的電極漿料涂覆到泡沫鎳上，然后在80℃的烘箱里干燥處理24小時得到電極極片，將得到電極極片在10Mpa的壓力下進行壓實后，利用電化學工作站進行超級電容器儲能性能測試。該方法測試的鈣摻雜的氫氧化鎳在6.0MKOH電解質中的電容存儲容量高達1931F/g)，在高電流密度下，經過10000次的連續充放電后其容量可以保持在95％，其容量和循環壽命比普通水熱沉淀方法制備的氫氧化鎳優越。本專利技術的有益效果在于：1.本方法采用了價格低廉的無機鹽為前體，大大降低了成本，而且本方法的操作簡單，無需額外的熱源和堿源，便于大規模生產；2.該方法可以廣泛的使用于其他的氫氧化物或氧化物電極材料的合成，如鈷，鐵，錳等的氫氧化物或氧化物的合成；3.本電極材料成本低廉，其儲能性能優于普通沉淀方法得到的氫氧化鎳，具有很好的工業應用前景。附圖說明：圖1是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳的透射電鏡照片。圖2是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳的高分辨透射電鏡照片。圖3是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳的X射線衍射圖。圖4是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳的氮氣吸附等溫線。圖5是實施例2得到的鈣摻雜的氫氧化鎳的透射電鏡照片。圖6是實施例3得到的鈣摻雜的氫氧化鎳的透射電鏡照片。圖7是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳與水熱制備的氫氧化鎳的超級電容性能的容量隨電流密度的變化對比圖。圖8是實施例1制備的鈣摻雜的氫氧化鎳與水熱制備的氫氧化鎳的超級電容性能的循環壽命對比圖。具體實施方式：本專利技術將用以下的實施例來加以詳細的說明，但這些實施例僅是為說明本專利技術，而本專利技術并不局限于此。實施例1將0.5g氫氧化鈣分散于50ml水攪拌24h，配制成濃度為10g/L的氫氧化鈣漿料，然后將7.25g硝酸鎳溶解于50ml水中得濃度為0.5mol/L的前體溶液。將氫氧化鈣的漿料和前體的溶液混合攪拌24h。將攪拌后的混合體系進行過濾，洗滌并在80℃烘干即得到鈣摻雜的氫氧化鎳。產物的形貌通過透射電鏡表征，如圖1所示，產物的結晶性通過高倍透射電鏡和粉末X射線衍射表征如圖2和圖3所示，產物的孔結構通過透射電鏡和氮氣吸附等溫線表征如圖4所示。實施例2將0.75g氫氧化鈣分散于50ml水攪拌36h，配制成濃度為15g/L的氫氧化鈣漿料，然后將1.94g氯化鎳溶解于50ml水中得濃度為0.3mol/L的前體溶液。將氫氧化鈣的漿料和前體的溶液混合攪拌48h。將攪拌后的混合體系進行過濾，洗滌并在80℃烘干即得到鈣摻雜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，其特征是它包括下列步驟：步驟1、將氫氧化鈣粉體通過攪拌分散在水里，形成氫氧化鈣的漿料，最終得到的漿料的濃度為10?20g/L；步驟2、稱取可溶性鎳鹽作為前體，并將其溶解于水中得到鎳的前體溶液，所制備的前體溶液中鎳離子的濃度為0.2?0.5mol/L；步驟3、將50mL步驟2中制備的前體溶液轉移到50mL步驟1制備的漿料中，繼續攪拌,進行離子交換反應；步驟4、將步驟3得到的混合體系進行過濾，洗滌和烘干得到薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳材料。

【技術特征摘要】
1.一種薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳電極材料的制備方法，其特征是它包括下列步驟：步驟1、將氫氧化鈣粉體通過攪拌分散在水里，形成氫氧化鈣的漿料，最終得到的漿料的濃度為10-20g/L；步驟2、稱取可溶性鎳鹽作為前體，并將其溶解于水中得到鎳的前體溶液，所制備的前體溶液中鎳離子的濃度為0.2-0.5mol/L；步驟3、將50mL步驟2中制備的前體溶液轉移到50mL步驟1制備的漿料中，繼續攪拌,進行離子交換反應；步驟4、將步驟3得到的混合體系進行過濾，洗滌和烘干得到薄片狀鈣摻雜功能化氫氧化鎳材料。2.根據權利要求1所述的薄片狀鈣摻雜功能化氫...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田正芳，解明江，張萬舉，王永正，沈宇，郭學鋒，
申請(專利權)人：黃岡師范學院，
類型：發明
國別省市：湖北,42