[发明专利]超级电容器用纳米Ni(OH)2与Co(OH)2复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用电极材料及制备方法，特别是一种超级电容器用纳米Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料及制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种新型储能装置，具有功率密度高、充放电循环寿命长等优点。用作超级电容器电极的材料主要有碳材料、过渡金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物。碳材料作为电极材料时，主要靠电解液与材料表面形成的双电层进行储能，能量密度相对较低。金属氧化物/氢氧化物和导电聚合物利用材料表面发生的法拉第反应进行储能，能量密度比较高。由于具有较高的理论容量，金属氧化物/氢氧化物成为研究热点。氢氧化镍作为电极材料具有较高的理论比容量，但是目前商用的球形氢氧化镍颗粒比较大，比表面较小，用作电容器电极材料时，比容量较低。因此，制备高比表面积的纳米氢氧化镍是提高电极材料比容量的有效途径。制备纳米氢氧化镍的方法主要有高能球磨法、固相反应法、沉淀转化法、溶胶凝胶法等，水热法因具有设备简单、步骤简便、所得产物粒径大小均一、形貌结构可控等特点，而被广泛采用。由于氢氧化镍是P型半导体，其较差的导电性降低了材料的电化学性能。通过在氢氧化镍表面包覆一层氢氧化钴，可有效改善材料的导电性进而可以提高材料的电化学性能(美国专利US3066178A)。中国专利CN 200410043722.1公开了用共沉淀的方法制备了Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料，以其作为正极与活性炭负极构成的电容器，缺点是该制备方法过程中容易发生吸留或包埋的共沉淀，反应中引入的杂质不易除去，特别是形成胶体沉淀，后续过程难于处理，同时消耗大量的洗涤溶剂和水；由于Co(OH)2是以共沉淀的方式进入到Ni(OH)2的晶格当中，大电流充放电时，颗粒内部的Co(OH)2不能得到有效利用，因而造成了Co的浪费，而且这种掺杂方式并不能改善Ni(OH)2颗粒与集流体之间的导电性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的超级电容器用纳米Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料及制备方法。该方法通过简单易行的水热合成制备了纳米结构的β-Ni(OH)₂，通过化学沉淀的方法在其表面沉积适量的Co(OH)₂，可以克服已有技术的缺点，能够充分利用沉积在表面的Co(OH)₂，提高了材料的导电性，使得材料的放电比容量和倍率性能得到了显著的提高。

本发明提供的超级电容器用纳米Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料是以可溶性镍盐和钴盐为原料，镍盐首先在有机溶剂存在下进行水热反应，分离出沉淀物Ni(OH)₂；Ni(OH)₂重新分散于水中，依次加入钴盐溶液和碱性溶液进行沉淀反应，生成的Co(OH)₂沉积在Ni(OH)₂纳米颗粒表面形成共沉淀物，其干燥后得到纳米Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料。其中反应物料的配比：镍盐的浓度为0.01～2mol/L，镍盐溶液与有机溶剂的体积比为1～40∶1。Ni与Co的摩尔质量比为20～60∶1。

本发明提供的超级电容器用纳米Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料的制备方法包括的步骤：

1)按计量将镍盐水溶液与有机溶剂混合，强力搅拌均匀后转移至反应釜中，然后将反应釜置于120～240℃烘箱中进行水热反应1～30h，冷却至室温，取出沉淀物离心，置于40～80℃空气中干燥后得到浅绿色的β-Ni(OH)₂粉末。

2)将上述粉末均匀分散于水中后加入钴盐水溶液，再加入碱性溶液于20～80℃下反应0.5～10h，滤出沉淀物、水洗涤、置于40～80℃烘箱中干燥后得到β-Ni(OH)₂与Co(OH)₂复合材料。碱液的浓度为0.01～5mol/L。

所述的镍盐为氯化镍、溴化镍、硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍、甲酸镍或氨基磺酸镍中的至少一种；有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、或三乙醇胺中的至少一种。

所述的钴盐为氯化钴、溴化钴、硝酸钴、硫酸钴或乙酸钴中至少一种。

所述的碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中的至少一种。

所述的Co与Na或K或Li的摩尔质量比为1∶2～1∶6。